涡流发生器尾涡特性的计算及实验研究
发布时间：2020-08-23 07:53
【摘要】：以水动力学中的涡流发生器为研究对象,首先对不同楔形角、不同下缘高度比、不同来流攻角下的单叶片涡流发生器进行数值模拟。用涡心高度和涡心偏距对尾涡的位置进行描述,用叶片后中心线上湍动能和尾涡的涡量对尾涡的强度进行描述,通过对叶片后流场某点的速度进行监控和记录,经过傅里叶变换对尾涡的脱落频率进行描述。本着尾涡的涡心高度越高越好、涡心偏距越大越好,尾涡强度越大越好、尾涡的脱落频率越大越好的原则,选择最佳几何参数的涡流发生器。经过计算和分析得出涡流发生器的最佳楔形角度为53°、最佳下缘高度比为2、最佳来流攻角为20°。在确定最佳的单叶片涡流发生器几何参数后,对逆涡安装的并联双叶片涡流发生器进行重点的研究分析,最终确定最佳的安装距离为涡流发生器高度的四倍。其次以矩形涡流发生器为研究对象,验证大涡模拟在叶片绕流场中的适用性。对叶片宽度为2、3、4cm的单叶片涡流发生器在不同迎流角下进行PIV实验,并将实验结果与大涡模拟的结果进行对比。在双叶片的实验研究中,用两个叶片宽度为2cm的涡流发生器进行PIV实验,并将实验结果与大涡模拟的结果进行对比。经过对比发现不管对于单叶片涡流发生器的绕流还是双叶片涡流发生器的绕流问题,选用大涡模拟都是合理的。最后选择叶片下缘长度为2、3、4、5cm四种不同大小的涡流发生器,其余的几何尺寸根据楔形角为53°、下缘高度比为2来确定,以来流攻角为20°,按照逆涡安装的方式把四个涡流发生器均匀的安装在实际尾水管中。通过计算可得下缘长度为4cm的涡流发生器可以使得尾水管的效率提高近7个百分点,验证了涡流发生器的有效性。
【学位授予单位】：杭州电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TV734
【图文】：
层流边ｈ■层逦层流底层逡逑图２．１无攻角平行流的边界层示意图逡逑综上所述，边界层有以下特点：第一，其厚度很小且不是定值，随着流体流逡逑动的方向厚度越来越大；第二，边界层内流体的流速变化梯度很大，粘性摩擦力逡逑不能忽略；第三，在边界层内切应力较大，边界层内涡量的值将会大于边界层外。逡逑下图２．２为水以一定的速度流过一个矩形槽道流向方向上某个截面的涡量云图，逡逑从图中可以看出在壁面涡量的值大于中间势流区域涡量的值。逡逑３逡逑ｗ邋６０邋－ｉｔ４邋？邋１１邋５逦５邋３？邋＾４逡逑图２．２矩形槽道内某截面涡量云图逡逑２．２边界层的转捩与分离逡逑流体流动可以分成层流、湍流和过渡三种状态。惯性力与黏性力的比值定义逡逑雷诺数（Ｒｅ），雷诺数是一个无量纲数，当Ｒｅ较小时，黏性力对流体运动的影响逡逑占主要地位，流体流动呈现层流状态。Ｒｅ较大时，惯性力对流体运动的影响占逡逑主要地位，流体呈现湍流状态。根据Ｒｅ的大小可以把边界层分为层流边界层和逡逑揣流边界层
动的方向厚度越来越大；第二，边界层内流体的流速变化梯度很大，粘性摩擦力逡逑不能忽略；第三，在边界层内切应力较大，边界层内涡量的值将会大于边界层外。逡逑下图２．２为水以一定的速度流过一个矩形槽道流向方向上某个截面的涡量云图，逡逑从图中可以看出在壁面涡量的值大于中间势流区域涡量的值。逡逑３逡逑ｗ邋６０邋－ｉｔ４邋？邋１１邋５逦５邋３？邋＾４逡逑图２．２矩形槽道内某截面涡量云图逡逑２．２边界层的转捩与分离逡逑流体流动可以分成层流、湍流和过渡三种状态。惯性力与黏性力的比值定义逡逑雷诺数（Ｒｅ），雷诺数是一个无量纲数，当Ｒｅ较小时，黏性力对流体运动的影响逡逑占主要地位，流体流动呈现层流状态。Ｒｅ较大时，惯性力对流体运动的影响占逡逑主要地位，流体呈现湍流状态。根据Ｒｅ的大小可以把边界层分为层流边界层和逡逑揣流边界层，当Ｒｅ较小的时，称为层流边界层。随着流向距离的增加，边界层逡逑厚度的增大，流体受到的切应力减小，此时将会出现一些不确定的因素。当Ｒｅ逡逑增大到一定的数值后，边界层将会由层流转变为揣流。如下图２．３所示：边界层逡逑在绕流开始的一小段内是层流，剩余的都为湍流，且在两者之间存在着一个过渡逡逑区
会影响边界层的转捩逡逑在实际的工程中，与平板流相比绕流发生在曲面的情况下比较常见。而曲面逡逑边界层与平板边界层有着一定的差别，下图２．４为流体绕过曲面物体的示意图，逡逑当流体绕过曲面物体时，曲面物体会使流体的流速增大，从流体接触到曲面物体逡逑到Ｍ点速度达到最大。由伯努利方程可知在速度增大的过程中压强ｐ将会减小，逡逑在Ｍ点之后，随着沿程距离的增大，流速又逐渐的减小，压强不断增大。在Ｍ逡逑点边界层的外边界上速度最大，压强最小。在Ｍ点之前的区域，边界层内流体逡逑在做加速运动，而且压差的方向也是和流动的方向一致，所以，即使边界层内的逡逑流体质点受到壁面的阻滞作用使得动能消耗，也不会出现回流。在Ｍ点以后的逡逑区域，流体的动能不断减小，同时压强差的方向与流动方向相反。流动的动能不逡逑只是要克服壁面的粘性阻力
本文编号：2801274
【学位授予单位】：杭州电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TV734
【图文】：
层流边ｈ■层逦层流底层逡逑图２．１无攻角平行流的边界层示意图逡逑综上所述，边界层有以下特点：第一，其厚度很小且不是定值，随着流体流逡逑动的方向厚度越来越大；第二，边界层内流体的流速变化梯度很大，粘性摩擦力逡逑不能忽略；第三，在边界层内切应力较大，边界层内涡量的值将会大于边界层外。逡逑下图２．２为水以一定的速度流过一个矩形槽道流向方向上某个截面的涡量云图，逡逑从图中可以看出在壁面涡量的值大于中间势流区域涡量的值。逡逑３逡逑ｗ邋６０邋－ｉｔ４邋？邋１１邋５逦５邋３？邋＾４逡逑图２．２矩形槽道内某截面涡量云图逡逑２．２边界层的转捩与分离逡逑流体流动可以分成层流、湍流和过渡三种状态。惯性力与黏性力的比值定义逡逑雷诺数（Ｒｅ），雷诺数是一个无量纲数，当Ｒｅ较小时，黏性力对流体运动的影响逡逑占主要地位，流体流动呈现层流状态。Ｒｅ较大时，惯性力对流体运动的影响占逡逑主要地位，流体呈现湍流状态。根据Ｒｅ的大小可以把边界层分为层流边界层和逡逑揣流边界层
动的方向厚度越来越大；第二，边界层内流体的流速变化梯度很大，粘性摩擦力逡逑不能忽略；第三，在边界层内切应力较大，边界层内涡量的值将会大于边界层外。逡逑下图２．２为水以一定的速度流过一个矩形槽道流向方向上某个截面的涡量云图，逡逑从图中可以看出在壁面涡量的值大于中间势流区域涡量的值。逡逑３逡逑ｗ邋６０邋－ｉｔ４邋？邋１１邋５逦５邋３？邋＾４逡逑图２．２矩形槽道内某截面涡量云图逡逑２．２边界层的转捩与分离逡逑流体流动可以分成层流、湍流和过渡三种状态。惯性力与黏性力的比值定义逡逑雷诺数（Ｒｅ），雷诺数是一个无量纲数，当Ｒｅ较小时，黏性力对流体运动的影响逡逑占主要地位，流体流动呈现层流状态。Ｒｅ较大时，惯性力对流体运动的影响占逡逑主要地位，流体呈现湍流状态。根据Ｒｅ的大小可以把边界层分为层流边界层和逡逑揣流边界层，当Ｒｅ较小的时，称为层流边界层。随着流向距离的增加，边界层逡逑厚度的增大，流体受到的切应力减小，此时将会出现一些不确定的因素。当Ｒｅ逡逑增大到一定的数值后，边界层将会由层流转变为揣流。如下图２．３所示：边界层逡逑在绕流开始的一小段内是层流，剩余的都为湍流，且在两者之间存在着一个过渡逡逑区
会影响边界层的转捩逡逑在实际的工程中，与平板流相比绕流发生在曲面的情况下比较常见。而曲面逡逑边界层与平板边界层有着一定的差别，下图２．４为流体绕过曲面物体的示意图，逡逑当流体绕过曲面物体时，曲面物体会使流体的流速增大，从流体接触到曲面物体逡逑到Ｍ点速度达到最大。由伯努利方程可知在速度增大的过程中压强ｐ将会减小，逡逑在Ｍ点之后，随着沿程距离的增大，流速又逐渐的减小，压强不断增大。在Ｍ逡逑点边界层的外边界上速度最大，压强最小。在Ｍ点之前的区域，边界层内流体逡逑在做加速运动，而且压差的方向也是和流动的方向一致，所以，即使边界层内的逡逑流体质点受到壁面的阻滞作用使得动能消耗，也不会出现回流。在Ｍ点以后的逡逑区域，流体的动能不断减小，同时压强差的方向与流动方向相反。流动的动能不逡逑只是要克服壁面的粘性阻力
【参考文献】
相关期刊论文 前10条
1 李冰心;;我国锂市场2013年回顾与2014年展望[J];新材料产业;2014年02期
2 田晓庆;郑源;潘华辰;孙斌;;涡流发生器对试验尾水管性能改善作用分析[J];排灌机械工程学报;2013年09期
3 郝志永;余恒旭;宓为建;卢凯良;;涡流发生器涡激振动抑制研究[J];中国工程机械学报;2012年03期
4 杨昌杰;吴位跃;尤正坤;王俊;;浅谈中小型水电站运行专业管理[J];农村电工;2012年06期
5 黄红波;陆芳;;涡流发生器应用发展进展[J];武汉理工大学学报(交通科学与工程版);2011年03期
6 詹昊;李万平;方秦汉;李龙安;;不同雷诺数下圆柱绕流仿真计算[J];武汉理工大学学报;2008年12期
7 焦玉梅;;中国能源发展战略之我见[J];北方经济;2006年20期
8 刘宇;苏中地;;不同雷诺数下方柱绕流的数值模拟[J];中国计量学院学报;2006年01期
9 王正伟,崔涛,江德春,吕孟东;轴流式水轮机流道内部流动分析[J];大电机技术;2003年06期
10 许联锋,陈刚,李建中,邵建斌;粒子图像测速技术研究进展[J];力学进展;2003年04期
本文编号：2801274
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/shuiwenshuili/2801274.html
