双流道泵内非定常三维湍流数值模拟及PIV测试
发布时间：2023-04-24 22:53
随着社会进步和科技发展,人们对泵的高效率、稳定性和低噪声等方面提出了更苛刻的要求。鉴于计算机技术的飞速发展和CFD方法的日趋成熟,CFD将在叶轮机械设计和研究领域中扮演更重要的角色。本文的工作主要围绕数值模拟程序的建立、双流道泵内非定常三维湍流的数值模拟、利用先进的PIV技术研究双流道泵叶轮内部的复杂流动而展开。主要工作及创造性成果如下: 1.发展了一套基于微分方程法生成三维结构化贴体网格的程序。所用微分方程为Poisson方程,并采用Thompson和Sorenson的思想,以指数函数作内插传递、根据网格正交性和间距的要求构造源函数P,Q,R。用该程序生成的双流道泵叶轮和蜗壳网格,品质良好,能够满足双流道泵内流计算精度的要求,且网格疏密度可人为控制,网格线与边界线正交,便于湍流壁面条件的引入。该网格生成程序经改进也可用于其他非规则几何形状流道网格的自动生成。 2.开发了一套基于求解Reynolds时均化的Navier-Stokes方程组的、可用于层流或湍流、可压缩或不可压缩、旋转或非旋转三维流动的数值计算程序,并在Visual FORTRAN平台上开发了该程序的用户操作界面。在其中应...
【文章页数】：172 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 叶轮机械内部流动测试研究进展
1.2.1 概述
1.2.2 传统流动显示技术
1.2.3 热线风速仪
1.2.4 激光测速技术
1.2.5 PIV技术
1.3 叶轮机械内流数值模拟研究进展
1.3.1 概述
1.3.2 数值模拟方法的发展阶段
1.3.3 数值模拟面临的关键问题
1.4 双流道泵的研究现状
1.5 本文的研究工作
第二章 控制方程及湍流模型
2.1 计算约束方程:N-S方程
2.2 Reynolds时均化的N-S方程
2.3 封闭问题及湍流模型
2.4 壁面函数法
2.5 贴体坐标系的引入
2.6 贴体坐标系下的控制方程
2.7 本章小结
第三章 方程离散及计算方法
3.1 控制方程的展开形式
3.2 控制方程的离散
3.2.1 有限体积法
3.2.2 几何因子的离散
3.2.3 对流项的离散
3.2.4 扩散项的离散
3.2.5 源项的离散
3.3 代数方程的求解方法
3.3.1 TDMA算法
3.3.2 松弛因子
3.4 离散格式
3.4.1 对流项的差分格式
3.4.2 扩散项的差分格式
3.4.3 混合差分格式
3.5 速度场和压力场的耦合
3.5.1 SIMPLE算法的基本思想及应用
3.5.2 同位网格下的压力修正
3.6 离散后控制方程的求解步骤
3.7 本章小结
第四章 网格生成
4.1 概述
4.2 贴体网格微分方程生成法
4.2.1 二维网格生成
4.2.2 三维网格生成
4.2.3 网格分块拼接技术
4.3 网格生成结果及讨论
4.4 本章小结
第五章 计算程序编写及分析验证
5.1 计算程序编写
5.2 90°弯管内流数值计算
5.2.1 边界条件
5.2.2 计算结果及分析
5.3 流道叶轮单个流道内流数值计算
5.3.1 边界条件
5.3.2 标准k-ε模型的修正
5.3.3 计算结果及分析
5.4 流道泵蜗壳内流数值计算
5.4.1 边界条件
5.4.2 计算结果及分析
5.5 本章小结
第六章 双流道泵全流道内三维湍流数值模拟
6.1 双流道泵的基本参数
6.2 网格划分
6.3 双流道泵全流道内定常湍流数值模拟
6.3.1 基本假设
6.3.2 边界条件
6.3.3 RNGκ-ε湍流模型
6.3.4 计算结果及分析
6.4 双流道泵全流道内固-液两相湍流数值模拟
6.4.1 基本假设
6.4.2 计算模型
6.4.3 计算区域及网格划分
6.4.4 边界条件
6.4.5 计算结果及分析
6.5 双流道泵全流道内非定常湍流数值模拟
6.5.1 基本假设
6.5.2 滑移网格技术
6.5.3 PISO算法
6.5.4 计算结果及分析
6.6 本章小结
第七章 双流道泵叶轮内三维湍流PIV实验研究
7.1 PIV测试技术
7.1.1 PIV基本原理
7.1.2 PIV测速系统
7.1.3 示踪粒子的选择
7.1.4 PIV测量遵循的原则及参数设定
7.2 双流道叶轮及双叶片叶轮内部流场的PIV测量
7.2.1 试验用泵
7.2.2 实验装置
7.2.3 实验步骤
7.3 试验结果与分析
7.3.1 实验结果
7.3.2 分析与讨论
7.4 本章小结
第八章 总结与展望
8.1 研究总结
8.2 研究展望
参考文献
作者在攻读博士学位期间取得的相关科研成果
致谢
本文编号：3800181
【文章页数】：172 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 叶轮机械内部流动测试研究进展
1.2.1 概述
1.2.2 传统流动显示技术
1.2.3 热线风速仪
1.2.4 激光测速技术
1.2.5 PIV技术
1.3 叶轮机械内流数值模拟研究进展
1.3.1 概述
1.3.2 数值模拟方法的发展阶段
1.3.3 数值模拟面临的关键问题
1.4 双流道泵的研究现状
1.5 本文的研究工作
第二章 控制方程及湍流模型
2.1 计算约束方程:N-S方程
2.2 Reynolds时均化的N-S方程
2.3 封闭问题及湍流模型
2.4 壁面函数法
2.5 贴体坐标系的引入
2.6 贴体坐标系下的控制方程
2.7 本章小结
第三章 方程离散及计算方法
3.1 控制方程的展开形式
3.2 控制方程的离散
3.2.1 有限体积法
3.2.2 几何因子的离散
3.2.3 对流项的离散
3.2.4 扩散项的离散
3.2.5 源项的离散
3.3 代数方程的求解方法
3.3.1 TDMA算法
3.3.2 松弛因子
3.4 离散格式
3.4.1 对流项的差分格式
3.4.2 扩散项的差分格式
3.4.3 混合差分格式
3.5 速度场和压力场的耦合
3.5.1 SIMPLE算法的基本思想及应用
3.5.2 同位网格下的压力修正
3.6 离散后控制方程的求解步骤
3.7 本章小结
第四章 网格生成
4.1 概述
4.2 贴体网格微分方程生成法
4.2.1 二维网格生成
4.2.2 三维网格生成
4.2.3 网格分块拼接技术
4.3 网格生成结果及讨论
4.4 本章小结
第五章 计算程序编写及分析验证
5.1 计算程序编写
5.2 90°弯管内流数值计算
5.2.1 边界条件
5.2.2 计算结果及分析
5.3 流道叶轮单个流道内流数值计算
5.3.1 边界条件
5.3.2 标准k-ε模型的修正
5.3.3 计算结果及分析
5.4 流道泵蜗壳内流数值计算
5.4.1 边界条件
5.4.2 计算结果及分析
5.5 本章小结
第六章 双流道泵全流道内三维湍流数值模拟
6.1 双流道泵的基本参数
6.2 网格划分
6.3 双流道泵全流道内定常湍流数值模拟
6.3.1 基本假设
6.3.2 边界条件
6.3.3 RNGκ-ε湍流模型
6.3.4 计算结果及分析
6.4 双流道泵全流道内固-液两相湍流数值模拟
6.4.1 基本假设
6.4.2 计算模型
6.4.3 计算区域及网格划分
6.4.4 边界条件
6.4.5 计算结果及分析
6.5 双流道泵全流道内非定常湍流数值模拟
6.5.1 基本假设
6.5.2 滑移网格技术
6.5.3 PISO算法
6.5.4 计算结果及分析
6.6 本章小结
第七章 双流道泵叶轮内三维湍流PIV实验研究
7.1 PIV测试技术
7.1.1 PIV基本原理
7.1.2 PIV测速系统
7.1.3 示踪粒子的选择
7.1.4 PIV测量遵循的原则及参数设定
7.2 双流道叶轮及双叶片叶轮内部流场的PIV测量
7.2.1 试验用泵
7.2.2 实验装置
7.2.3 实验步骤
7.3 试验结果与分析
7.3.1 实验结果
7.3.2 分析与讨论
7.4 本章小结
第八章 总结与展望
8.1 研究总结
8.2 研究展望
参考文献
作者在攻读博士学位期间取得的相关科研成果
致谢
本文编号：3800181
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jixiegongcheng/3800181.html
