垂直軸潮流水輪機流場的三維數值模擬

利用標準k-ε雙方程湍流模型,采用vof法追蹤自由水面,應用瞬態(tài)piso算法求解壓力速度耦合的方法,采用結構化網格并在溢流壩頂進行網格加密,模擬計算了七孔溢洪道流場的三維水力特性,得到了設計工況的泄流能力、水面曲線、速度場。通過物理模型試驗驗證,兩者結果吻合較好。

利用cfd軟件fluent對多級導葉式清水離心泵的內部流場進行了數值模擬,得出了葉輪及導葉內部流道的速度和壓力分布規(guī)律,并發(fā)現了葉輪進口回流,出口的二次流動特征等葉輪內部流動的細節(jié),導葉出口區(qū)產生了一個低壓區(qū)等流動特征。然后根據自編計算軟件利用計算得到的速度場數據計算出泵的揚程、功率、效率和流量之間的關系曲線,并與試驗數據進行了比較。結果表明:在設計工況附近,預測值與試驗值吻合較好,在其它工況點,特別是小流量工況點,誤差較大。

應用商業(yè)軟件fluent6.2對600mw超臨界汽輪機組的調節(jié)閥流場進行了全三維流動分析。利用ug實體建模軟件對調節(jié)閥進行三維成型,通過gambit網格劃分軟件對區(qū)域進行非結構化網格劃分。在三維數值計算中,模擬分析了調節(jié)閥在100%、50%和30%三個工況開度下的流場特性。計算結果表明,由閥碟與閥座組成的環(huán)型通道是決定調節(jié)閥的主控通流能力、流場特性和穩(wěn)定性三項氣動性能的關鍵部位。文中所研究的調節(jié)閥的閥碟采用了內凹型設計,汽流自喉部噴射后,迅速脫離閥碟,并在閥座的曲線收斂段形成附著流,避免了流經閥碟表面的周向流體的過早摻混帶來的能量損失。閥碟獨特的結構設計使得調節(jié)閥在各種工況開度下有著較穩(wěn)定的流動狀態(tài)。

采用計算流體力學的方法,對雙層六直葉渦輪槳、雙層六斜葉渦輪槳以及雙層六直斜葉交替渦輪槳攪拌槽流場進行研究。利用laminar層流模型對其在甘油與水的混合物中產生的流場進行數值計算,得到三種不同結構形式的雙層槳以恒轉速200r/min在攪拌槽內轉動時所產生的流場結構,對比分析軸向、徑向和周向的速度矢量圖、速度云圖以及速度分布曲線,為層流攪拌槽的設計和實際應用提供了理論依據。

運用cfx流動軟件的滑移網格和標準的k-ε湍流模型對工業(yè)中常用的dl型多級沖壓離心泵整級進行了全三維瞬態(tài)流場的數值模擬,分析泵內葉輪與導葉間的動靜干擾問題?；凭W格分別設置在多級離心泵葉輪出口、固定導葉入口與泵內流體之間的交互界面,對每個時間步求解流動方程。在任一個葉輪旋轉周期內,分析葉輪入口和出口的總壓值出現脈動信號頻率與葉輪葉片數的關系。分析了葉輪入口和出口處總壓波動的幅度。該三維非穩(wěn)態(tài)模擬結果為多級沖壓離心泵的水力優(yōu)化設計提供了依據。

本文以一個沖擊式(切擊式)水輪機水斗實例造型為基礎,闡述了水輪機水斗的造型思路、方法及步驟,明確了造型中的難點及需要注意的事項。使沖擊式水輪機實現流體分析計算、強度分析及數控加工成為可能,為沖擊式水輪機的國產化打下基礎。

針對同一葉輪配不同導流器,通過試驗分析,探索提高潛水泵效率的途徑。以250qj125型潛水泵配兩種導流器為例,通過cfd數值計算,預測出潛水泵的性能,將解析法求得的潛水泵最佳工況點與模擬試驗結果進行了比較,其結果較為吻合。經對兩種導流器內部的速度場和壓力場分析,提出了增加導流器長度、增大導葉片進口沖角和壁角等方法可提高潛水泵的效率。

運用三維變密度不可壓計算流體力學方法對微型y形沖擊射流進行流動結構研究.結果表明:入射角度和入射速度是影響流場結構和混合效果的兩個重要因素,分別存在有最佳入射角度和入射速度.我們發(fā)現在射流角度等于90°、射流速度為中速時,其流場結構最利于混合,因為此時射流的接觸面積最大.另外,射流速度越大,其分割強度值也越大,因此混合性能也越差.當速度太大時,會使兩股流體的接觸面破碎而散落在空間中,使其不再接觸,因此對分子間的擴散和混合不利.

二維潮流數值水槽的樁群數值模擬——為了研究二維潮流數值模擬中樁基的影響，導出了二維潮流樁基數?？刂品匠探M，建立了樁基的二維潮流數值水槽，利用物模試驗得出的樁基摩阻系數和樁基附加糙率，并經水深修正后，對洋山港一期工程樁基碼頭的潮流情況進行了模擬...

本文根據支流改道工程河道水流的特點結合通航水流條件研究特性,建立三維河道數學模型,對某水電站支流改道工程對下游通航水流條件影響進行了數值模擬研究,研究成果表明:支流改道后,隧洞出口水流對下游航道的影響范圍有限,僅對出口附近局部區(qū)域內水流存在一定影響,且其水位、流速、流向變化值較小,支流改道工程對下游引航道及其連接段的水流條件無明顯影響,由于數模中支流出口水流采用斷面流速不均勻系數來概化模擬隧洞出口水流,所以建議設計在支流出口處加設消力墩等措施使隧洞出流與主河道水流平順銜接,增加工程安全裕度。

本文采用數值模擬方法預測由近地三維流動風引起的建筑物的表面風壓。文中運用一種擴展的ｋ－ε紊流封閉模型，導得了穩(wěn)態(tài)流動風的統(tǒng)一形式的控制微分方程。采用控制容積法對微分方程作了離散，ｓｉｍｐｌｅｃ壓力校正迭代算法實現了非線性離散化方程的求解。實例計算與分析比較表明，本文的模擬方法改善了對建筑物側風面和頂面風壓值的預測。

采用simple算法、kε-ap模型和混合四面體非結構網格在笛卡爾坐標系中對離心式污水泵內部流場進行了數值模擬,得出了污水泵內固體顆粒的流動規(guī)律以及固體顆粒的分布特征,為離心式污水泵的優(yōu)化設計提供理論參考。

基于通用計算流體動力學軟件fluent,建立思林水電站土石圍堰過水流場三維數值預測模型.采用可實現(realizable)k-ε紊流模型封閉紊流時均n-s方程,圍堰上自由水面變化采用vof方法捕捉.對圍堰原設計方案進行了計算模擬,并用試驗數據進行驗證.依據計算所得的詳細流場信息,給出了圍堰過水流場的流態(tài)和堰面紊動強度分布及大小,以及水躍的形態(tài)和發(fā)生位置.研究表明可靠的三維水動力數值模型可以做為試驗研究的有力補充,有助于理解復雜的過水圍堰三維流場以及沖刷發(fā)生的機理.

針對礦用局扇對旋風機,建立了三維整機全流場幾何模型,采用四面體非結構化的網格進行空間離散,完成了整機的數值計算。主要分析了風機內部特定面處的壓力場和速度場的分布規(guī)律,揭示了軸流風機內部流場的基本特性。研究結果可為風機的優(yōu)化設計提供借鑒,對提高軸流風機的整機性能具有重大意義。

采用三維水動力學模型,借助非結構網格重構地形,開展了金沙江干流山區(qū)水庫通航流態(tài)的數值模擬研究。以攀枝花河段為例,選取不同的來流條件進行了模擬,重點關注了水深、流速、平面流場和典型彎道的環(huán)流結構等水動力學特性,進一步對河段可能的礙航點進行了分析。計算結果表明:在一定的出流邊界條件下,河道水深整體呈沿程遞增趨勢,基本可滿足三級航道標準；同時某些流量級下,局部卡口、突擴和彎道河段可能出現礙航流態(tài)。研究結果可為金沙江梯級水庫群聯合調度提供技術參考。

以k-ε湍流模型封閉reynods方程,采用vof法追蹤自由水面,對緬甸dapein水電站表孔溢流壩的水流流動進行了三維數值模擬。結果表明,溢流壩的泄流能力、水面線、壓力分布與流速分布等數值模擬結果與模型試驗實測結果吻合,數值模擬結果可信,選擇的紊流模型合理,求解方法可靠,可為工程設計提供全面、合理的參考。

采用三維水動力學模型,借助非結構網格重構地形,開展了金沙江干流山區(qū)水庫通航流態(tài)的數值模擬研究.以攀枝花河段為例,選取不同的來流條件進行了模擬,重點關注了水深、流速、平面流場和典型彎道的環(huán)流結構等水動力學特性,進一步對河段可能的礙航點進行了分析.計算結果表明:在一定的出流邊界條件下,河道水深整體呈沿程遞增趨勢,基本可滿足三級航道標準;同時某些流量級下,局部卡口、突擴和彎道河段可能出現礙航流態(tài).研究結果可為金沙江梯級水庫群聯合調度提供技術參考.

采用三維標準k-ε紊流數學模型,引入氣液兩相流體積率模型跟蹤自由水面,對建有高樁碼頭的河道流場進行數值模擬,并從流速分布和水位變化兩方面對數值模擬和物理模型試驗結果進行對比分析,驗證了數學模型的可靠性和合理性。分析結果表明:高樁碼頭樁群對過水斷面有\(zhòng)"束窄\"作用,樁群區(qū)外的流速急劇增大;水流進入樁群區(qū)一定距離后,存在一個速度的極小區(qū)域,在樁群影響遠區(qū),其流速沿程增大;當樁群長度一定時,樁群寬度越大,其阻水作用越大;當樁群寬度一定時,樁群長度越大,其阻水越明顯。

為了提升雙吸離心泵的性能,研究其內部流動規(guī)律,采用rngk-ε方程湍流模型和標準simple算法對某一扭曲葉片雙吸離心泵全流道進行了cfd分析,并與實驗值進行比較。結果表明,該方法能夠較為準確地預測出雙吸離心泵葉輪與蝸殼間及內部的流動特性,所得結果對進行雙吸離心泵的水力設計或改型優(yōu)化設計等研究具有重要的指導意義。

為了研究缸內渦流運動對柴油發(fā)動機排放的影響和確定減小原發(fā)動機排放的措施,采用avlfire進行三維建模,對缸內渦流運動在進氣門關閉以后的流場進行模擬研究.通過對不同渦流比對應工況下的缸內混合氣濃度場分布、燃燒放熱規(guī)律以及缸內溫度變化進行分析研究,確定了發(fā)動機排放隨渦流強度的變化規(guī)律.研究表明,發(fā)動機噴霧油束受渦流強度影響比較大,從而影響缸內混合氣的形成、燃燒和排放.

為優(yōu)化電磁攪拌工藝,建立了電磁攪拌過程的電磁-熱-流體耦合場數學模型,并用ansys軟件進行了三維數值模擬。結果表明,電磁攪拌時坩堝內漿料中磁感應強度、速度場以及溫度場均呈三維分布,漿料頂部中心區(qū)域的速度分布揭示了增強顆粒進入漿料的動力學條件,而漿料內的循環(huán)流以及坩堝壁附近的剪切流可使初生相、增強顆粒與流體之間產生摩擦、剪切和碰撞,為得到球狀晶和實現增強顆粒的復合創(chuàng)造了條件。溫度場計算結果表明,在制定攪拌工藝時,應根據合金的兩相區(qū)大小和增強顆粒加入量等,使冷卻速度和攪拌時間相匹配。電磁攪拌可使溫度分布均勻,擴大等溫區(qū),有利于晶核的形成及按等軸晶方式長大,為得到半固態(tài)組織創(chuàng)造了條件.

本文介紹河海大學滲流實驗室利用本校的現有條件,實現大型三向坐標儀測試自動化.技術處于國內領先地位.文中還介紹了在滲流模擬測試技術上取得的一些研究成果.例如;用懸浮式測針代替原用的硬接觸針,用sm制模新材料代替了原具有致癌物質的模料;解決了封閉式模型的測試及修刮問題等,使?jié)B流模型測試技術前進了一步.