水体在有压扩散段内的流动特性研究
发布时间：2022-01-16 15:12
有压泄水隧洞的出水口处一般都是渐扩段。由于水流在扩散前流速较大,而扩散后流速较小,水流流速在短时间内发生了较大变化,因此会产生多种复杂的水流现象——流动分离、回流或漩涡等。主要针对对称渐扩段内的水流流态情况,利用Fluent软件,采用大涡模拟法得到特定雷诺数情况下,扩散角大于或等于7°时,对称扩散段内会发生主流来回摆动现象;当扩散角为特定角度时,在一定的雷诺数范围内,扩散段内主流来回摆动的起始时间随雷诺数增大提前,主流摆动的振幅随雷诺数增大而增大。
【文章来源】：城市道桥与防洪. 2019,(06)
【文章页数】：4 页
【部分图文】：
计算模型示意图
2019年6月第6期城市道桥与防洪图2Re=99400，扩散角为6°时的瞬时流线图（Δt=0.4s）图1计算模型示意图为x、y、z方向的流体运动速度。N-S方程中有4个未知数p、ux、uy、uz，而N-S方程组只有三个方程，所以要联立一个连续性方程：坠ux坠x+坠uy坠y+坠uz坠z=0（2）式中：ux、uy、uz分别为x、y、z方向的流体运动速度。此时，方程组的个数和未知数的个数就一样了。理论上，这个方程组应有唯一解，但是实际上由于数学上的困难，N-S方程尚不能求出普遍解。因此人们将N-S方程进行了不同程度的简化，产生了几种不同的方法，这其中最重要的有三种，分别为直接数值模拟法（DNS）、雷诺平均模拟法（RANS）以及大涡模拟法（LES）。其中大涡模拟法将流场中的运动尺度分为可解尺度和不可解尺度。然后运用N-S方程来直接计算可解尺度的物理量，而通过建立模型来模拟不可解尺度运动对可解尺度运动的影响。本文采用的是大涡模拟法。2数值计算本文的计算模型示意如图1所示。本文计算采用的主要参数如下：进流边界为速度进口边界条件；出流边界为自由出流条件；边壁条件均采用无滑移边界条件；数值模拟法为大涡模拟法；亚网格模型采用Smagorinsky-Lilly模型。2.1扩散角的影响本文首先讨论扩散角对对称扩散段内的流动特性的影响（雷诺数恒为99400）。图2中X和d分别为距扩散起始点的距离和输水管道的正方形尺寸。扩散角为6°、7°、8°的瞬时流线图分别如图2~图4所示。随着扩散角的逐渐增大，水流经过扩散段时越难以平稳扩散。而水流从小断面向大断面流动时，根据连续性方程，流速降低。依照伯努利方程，压力沿水流方向增大，产生压力正梯度，在其作用下，边界层就从管壁分离，开始在扩散
用下，边界层就从管壁分离，开始在扩散段的两侧形成回流区。由于试验水流属于高雷诺数水流，流场随时间变化明显。当某一时刻，流体内部质点的剧烈掺混可能引起水流率先在一侧形成边界层分离。此时由于分离引起的局部真空很快就会导致水流回流，随着回流范围的增大，在回流区形成漩涡，漩涡的产生又加剧了扩散段流场的不稳定性，此时扩散段的水流呈现出一侧为漩涡回流区，一侧为主流区。紧接着，由于漩涡的横向振荡作用，又使主流发生左右摆动。这些摆动可能使主流在靠近边壁一侧产生流动分离，并产生小的漩涡。这图3Re=99400，扩散角为7°时的瞬时流线图（Δt=1.0s）图4Re=99400，扩散角为8°时的瞬时流线图（Δt=0.8s）（c）t0+2Δt（d）t0+3Δt（c）t0+2Δt（d）t0+3Δt（a）t0（b）t0+Δt（c）t0+2Δt（d）t0+3Δt（a）t0（b）t0+Δt（a）t0（b）t0+Δt科技研究257
【参考文献】：
期刊论文
[1]突扩流动主流偏转特性数值模拟研究[J]. 朱士江,李占松. 水科学进展. 2009(02)
[2]计算流体力学数值模拟方法的探讨及应用[J]. 孙智一,吴晓蓉. 水利科技与经济. 2008(02)
[3]恒定有压扩散流中的局部非稳态流动试验研究[J]. 高学平,宋慧芳,赵耀南. 水动力学研究与进展A辑. 2007(02)
[4]渐扩管内流动特性的理论分析与试验研究[J]. 陈玲莉,谢壮宁. 风机技术. 1994(02)
[5]抽水蓄能电站进出水口的水力学问题[J]. 曾宪揆,黄智敏,宗秀芬. 广东水电科技. 1988(01)
硕士论文
[1]基于OpenFOAM的船舶水动力学应用关键技术分析[D]. 叶东辉.华中科技大学 2013
本文编号：3592910
【文章来源】：城市道桥与防洪. 2019,(06)
【文章页数】：4 页
【部分图文】：
计算模型示意图
2019年6月第6期城市道桥与防洪图2Re=99400，扩散角为6°时的瞬时流线图（Δt=0.4s）图1计算模型示意图为x、y、z方向的流体运动速度。N-S方程中有4个未知数p、ux、uy、uz，而N-S方程组只有三个方程，所以要联立一个连续性方程：坠ux坠x+坠uy坠y+坠uz坠z=0（2）式中：ux、uy、uz分别为x、y、z方向的流体运动速度。此时，方程组的个数和未知数的个数就一样了。理论上，这个方程组应有唯一解，但是实际上由于数学上的困难，N-S方程尚不能求出普遍解。因此人们将N-S方程进行了不同程度的简化，产生了几种不同的方法，这其中最重要的有三种，分别为直接数值模拟法（DNS）、雷诺平均模拟法（RANS）以及大涡模拟法（LES）。其中大涡模拟法将流场中的运动尺度分为可解尺度和不可解尺度。然后运用N-S方程来直接计算可解尺度的物理量，而通过建立模型来模拟不可解尺度运动对可解尺度运动的影响。本文采用的是大涡模拟法。2数值计算本文的计算模型示意如图1所示。本文计算采用的主要参数如下：进流边界为速度进口边界条件；出流边界为自由出流条件；边壁条件均采用无滑移边界条件；数值模拟法为大涡模拟法；亚网格模型采用Smagorinsky-Lilly模型。2.1扩散角的影响本文首先讨论扩散角对对称扩散段内的流动特性的影响（雷诺数恒为99400）。图2中X和d分别为距扩散起始点的距离和输水管道的正方形尺寸。扩散角为6°、7°、8°的瞬时流线图分别如图2~图4所示。随着扩散角的逐渐增大，水流经过扩散段时越难以平稳扩散。而水流从小断面向大断面流动时，根据连续性方程，流速降低。依照伯努利方程，压力沿水流方向增大，产生压力正梯度，在其作用下，边界层就从管壁分离，开始在扩散
用下，边界层就从管壁分离，开始在扩散段的两侧形成回流区。由于试验水流属于高雷诺数水流，流场随时间变化明显。当某一时刻，流体内部质点的剧烈掺混可能引起水流率先在一侧形成边界层分离。此时由于分离引起的局部真空很快就会导致水流回流，随着回流范围的增大，在回流区形成漩涡，漩涡的产生又加剧了扩散段流场的不稳定性，此时扩散段的水流呈现出一侧为漩涡回流区，一侧为主流区。紧接着，由于漩涡的横向振荡作用，又使主流发生左右摆动。这些摆动可能使主流在靠近边壁一侧产生流动分离，并产生小的漩涡。这图3Re=99400，扩散角为7°时的瞬时流线图（Δt=1.0s）图4Re=99400，扩散角为8°时的瞬时流线图（Δt=0.8s）（c）t0+2Δt（d）t0+3Δt（c）t0+2Δt（d）t0+3Δt（a）t0（b）t0+Δt（c）t0+2Δt（d）t0+3Δt（a）t0（b）t0+Δt（a）t0（b）t0+Δt科技研究257
【参考文献】：
期刊论文
[1]突扩流动主流偏转特性数值模拟研究[J]. 朱士江,李占松. 水科学进展. 2009(02)
[2]计算流体力学数值模拟方法的探讨及应用[J]. 孙智一,吴晓蓉. 水利科技与经济. 2008(02)
[3]恒定有压扩散流中的局部非稳态流动试验研究[J]. 高学平,宋慧芳,赵耀南. 水动力学研究与进展A辑. 2007(02)
[4]渐扩管内流动特性的理论分析与试验研究[J]. 陈玲莉,谢壮宁. 风机技术. 1994(02)
[5]抽水蓄能电站进出水口的水力学问题[J]. 曾宪揆,黄智敏,宗秀芬. 广东水电科技. 1988(01)
硕士论文
[1]基于OpenFOAM的船舶水动力学应用关键技术分析[D]. 叶东辉.华中科技大学 2013
本文编号：3592910
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/lxlw/3592910.html
