十七水力機(jī)械的流動(dòng)模擬與數(shù)值計(jì)算

《十七水力機(jī)械的流動(dòng)模擬與數(shù)值計(jì)算》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在應(yīng)用文檔-天天文庫(kù)。

1、十七水力機(jī)械的流動(dòng)模擬與數(shù)值計(jì)算1調(diào)研背景概述本報(bào)告主要查閱了2010年及以前的相關(guān)期刊和學(xué)術(shù)會(huì)議論文、有關(guān)專著和畢業(yè)論文等，選擇能夠代表本學(xué)科發(fā)展動(dòng)態(tài)的科研成果作為調(diào)研的基本材料，包括：國(guó)內(nèi)期刊：《中國(guó)科學(xué)A輯》、《水動(dòng)力學(xué)研究與進(jìn)展A輯》、《水利學(xué)報(bào)》、《清華大學(xué)學(xué)報(bào)》、《水力發(fā)電學(xué)報(bào)》、《農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)》、《機(jī)械工程學(xué)報(bào)》、《工程熱物理學(xué)報(bào)》、《水科學(xué)進(jìn)展》、《排灌機(jī)械》、《水力發(fā)電》、《流體機(jī)械》、《中國(guó)水利》、《大電機(jī)技術(shù)》、《東方電機(jī)》。國(guó)際期刊：InternationalJournalforNumericalMethodsinFluidsTransactionsoftheASM

2、E—JournalofFluidsEngineeringInternationalJournalofHeatandFluidFlowComputer&FluidsComputers&StructuresJournalofFluidMechanicsTransactionsofASME:JournalofTurbomachinery,InternationalJournalofComputerApplicationsinTechnology專著：Anintroductiontocomputationalfluiddynamics:thefinitevolumemethod計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)分析—

3、—CFD軟件的理論與應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議：ProceedingsoftheASMEFluidsEngineeringConference24thIAHRSymposiumonHydraulicMachineryandSystems，200823rdIAHRSymposiumonHydraulicMachineryandSystems，200622ndIAHRSymposiumonHydraulicMachineryandSystems，20042選擇本專題進(jìn)行調(diào)研的原因、必要性及意義真機(jī)試驗(yàn)、模型試驗(yàn)和數(shù)值計(jì)算是水力機(jī)械性能特性分析的主要手段。數(shù)值計(jì)算具有靈活性強(qiáng)、周期短、成本低、可預(yù)測(cè)性強(qiáng)以及可

4、視化程度高等多方面的優(yōu)勢(shì)，為研究者提供了一個(gè)有效的研究手段。近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展以及計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)和數(shù)值求解441技術(shù)的不斷完善，數(shù)值計(jì)算越來(lái)越受到人們的重視，并廣泛應(yīng)用于水力模型的性能預(yù)測(cè)及優(yōu)化設(shè)計(jì)、水力機(jī)械非定常流動(dòng)特性(湍流及湍流壓力脈動(dòng))研究、空化兩相流研究、固液兩相流研究以及考慮流固耦合的結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)研究等領(lǐng)域。也正是基于數(shù)值計(jì)算的以上優(yōu)點(diǎn)，國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者基于CFD技術(shù)對(duì)水力機(jī)械內(nèi)部流動(dòng)進(jìn)行數(shù)值模擬研究，其中涉及水力機(jī)械流動(dòng)計(jì)算方法和計(jì)算模型的研究、采用數(shù)值方法對(duì)流動(dòng)規(guī)律的研究以及采用數(shù)值方法解決工程實(shí)際問(wèn)題的研究。數(shù)值計(jì)算的方法和結(jié)果需要較強(qiáng)的理論分析來(lái)支撐，需要試驗(yàn)

5、來(lái)驗(yàn)證、完善。對(duì)當(dāng)前水力機(jī)械內(nèi)部流動(dòng)的數(shù)值模擬和計(jì)算研究現(xiàn)狀進(jìn)行分析總結(jié)，有利用水力機(jī)械流動(dòng)理論以及試驗(yàn)研究的發(fā)展，更有利于水力機(jī)械內(nèi)部流動(dòng)數(shù)值研究的發(fā)展。3近年來(lái)該專題發(fā)展新動(dòng)向和值得關(guān)注點(diǎn)3.1基于CFD的水力機(jī)械性能預(yù)測(cè)及優(yōu)化設(shè)計(jì)在20世紀(jì)50-70年代，水力機(jī)械中的流動(dòng)計(jì)算只能更多的采用理想化假設(shè)的一元或二元理論，流動(dòng)計(jì)算的目的也是僅僅估算出流道中平均流動(dòng)的速度和壓力，用于指導(dǎo)流道設(shè)計(jì)。在這樣的流動(dòng)計(jì)算理論的基礎(chǔ)上，所設(shè)計(jì)水力機(jī)械的整體能量性能較差，如效率不高、抗空蝕能力差，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行改型是主要的技術(shù)手段，經(jīng)驗(yàn)起了決定性作用。在計(jì)算機(jī)得到普遍使用以后，現(xiàn)代意義下的水力機(jī)械中的

6、流動(dòng)計(jì)算才開始出現(xiàn)。吳仲華教授所提出的S1、S2兩類流面的通用理論首先得到了發(fā)展，基于該理論開發(fā)了理想流體的準(zhǔn)三維流動(dòng)計(jì)算方法，滿足了水力機(jī)械設(shè)計(jì)工況對(duì)流速場(chǎng)的要求。為考慮粘性對(duì)性能計(jì)算的影響，還發(fā)展了邊界層與內(nèi)部理想流動(dòng)的迭代計(jì)算等方法，它們?cè)诤艽蟪潭壬贤苿?dòng)了水力機(jī)械流動(dòng)計(jì)算的發(fā)展。假定粘性引起的摩擦作用只在很薄的邊界層范圍內(nèi)，忽略粘性項(xiàng)，直接求解納維-斯托克斯方程組，出現(xiàn)了全三維的歐拉法。Moore把主流區(qū)看作非粘性流動(dòng)，再結(jié)合邊界層的粘性流動(dòng)計(jì)算，可以考查回轉(zhuǎn)通道內(nèi)二次流對(duì)邊界層發(fā)展的影響，計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果相當(dāng)一致。Nishi著重研究葉輪內(nèi)部邊界層和主流區(qū)的自律調(diào)整作用，多數(shù)情況下

7、都存在尾流－射流結(jié)構(gòu)，并被很多試驗(yàn)證實(shí)。事實(shí)上水具有粘性，要想進(jìn)一步提高流動(dòng)計(jì)算的真實(shí)性，就必須全方位考慮粘性流動(dòng)的效應(yīng)。Martelli以S2相對(duì)流面上的二維Reynolds時(shí)間平均N-S方程和k-ε湍流模型，用有限差分法和時(shí)間推進(jìn)法計(jì)算了離心泵葉輪內(nèi)部二維粘性流動(dòng)，以此來(lái)指導(dǎo)設(shè)計(jì)。Shietal以二維Reynolds時(shí)均N-S方程和考慮了旋轉(zhuǎn)、曲率效應(yīng)的湍流模442型k-ε，用SIMPLE法計(jì)算了圓柱形葉片的離心泵葉