基于Partical模型的固液两相流贯流式水轮机流场数值模拟
发布时间：2021-03-24 22:53
为了研究灯泡贯流式水轮机在固液两相流动下过流部件的磨损程度,以某水电站实际运行的水轮机为研究对象,基于Particle模型和非均相模型,对水轮机内部流场进行数值模拟。分析了体积分数为1%,泥沙粒径为0.01、0.05、0.10和0.25 mm时,过流部件工作面和背面的固体颗粒相的滑移速度及固相体积分数。结果表明:随着颗粒粒径的增大,桨叶上固体颗粒相的滑移速度减小、导叶上滑移速度增大;在浆叶进水边和轮缘,导叶的进水边和轮毂处固体颗粒相的体积分数较大,磨损较为严重,与现场真机照片磨损位置相同,说明采用Particle模型和非均相模型能准确地模拟固液两相流水轮机内的流动规律。
【文章来源】：热能动力工程. 2020,35(02)北大核心CSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
贯流式水轮机流体域计算模型
为提高计算精确度,进口段、灯泡体和尾水管流体域为结构化网格,活动导叶与转轮流体域为非结构化网格,经网格无关性验证,如图2所示,最终确定网格单元数为8 877 746,节点数为1 937 620,各部分网格数量如表1所示,其流体域网格如图3所示。表1 水轮机各部件网格分布情况Tab.1 Grid layout of turbine components 名称 网格数量 网格节点 网格类型 进口段 65 588 69 260 六面体网格 灯泡体 30 240 34 188 六面体网格 活动导叶 5 528 362 1 071 163 四面体网格 转轮 3 091 201 594 621 四面体网格 尾水管 162 355 168 388 六面体网格
表1 水轮机各部件网格分布情况Tab.1 Grid layout of turbine components 名称 网格数量 网格节点 网格类型 进口段 65 588 69 260 六面体网格 灯泡体 30 240 34 188 六面体网格 活动导叶 5 528 362 1 071 163 四面体网格 转轮 3 091 201 594 621 四面体网格 尾水管 162 355 168 388 六面体网格在非定常计算中,泥沙密度设为2 650 kg/m3,为均匀圆球颗粒,多相流模型采用非均相多相流模型,液相使用RNG k-ε湍流模型,固相使用离散相零方程模型[14-15]。相间传输采用Particle模型,动量交换考虑拽力,并使用Schiller Naumann函数模型,不考虑升力、虚拟质量力及壁面润滑力的影响。非定常计算以定常计算为初始值,湍流耗散力采用法夫尔平均拖拽力(Favre Averaged Drag Force),系数取0.9,湍流输送模型使用佐藤增强粘度(Sato Enhanced Viscosity)。进口选择质量流量条件,出口为压力出口条件。连续相设为无滑移壁面边界,固相设置为自由滑移壁面边界。壁面接触模型选取体积分数模型,动静转子交界面采用冻结转子(Frozen Rotor)。设定物理时间步长为1/ω,即转轮旋转角速度的倒数。先进行了定常计算,然后将此结果作为初始值,再进行固液两相流非定常计算,固液两相计算的收敛精度为10-4。
【参考文献】：
期刊论文
[1]泥沙直径和浓度对混流式水轮机转轮内流场的影响[J]. 廖姣,赖喜德,张兴. 水力发电学报. 2017(05)
[2]抽黄工程用离心泵固液两相流数值模拟[J]. 周世杰,廖伟丽,赵亚萍,阮辉,罗兴锜. 水力发电学报. 2017(05)
[3]基于固液两相流的离心泵内部流场数值分析[J]. 廖姣,赖喜德,廖功磊,张文明. 热能动力工程. 2017(05)
[4]高水头混流式水轮机内部固液两相流数值分析[J]. 廖姣,张兴,张文明. 人民长江. 2017(07)
[5]基于改进欧拉算法的双吸离心泵泥沙磨损特性研究[J]. 张自超,王福军,陈鑫,廖翠林,徐洪泉,陆力. 农业机械学报. 2017(03)
[6]低浓度固液两相流相间阻力修正模型研究[J]. 张自超,王福军,陈鑫,肖若富,姚志峰. 农业机械学报. 2016(12)
[7]水轮机泥沙磨损两相湍流场数值模拟[J]. 黄剑峰,张立翔,姚激,龙立焱. 排灌机械工程学报. 2016(02)
[8]泥沙浓度及粒径对水轮机转轮内部流动影响的数值分析[J]. 张广,魏显著. 农业工程学报. 2014(23)
[9]后掠式叶片轴流泵固液两相流数值模拟与优化[J]. 施卫东,邢津,张德胜,陈刻强,程成. 农业工程学报. 2014(11)
[10]固液两相流离心泵内部流场数值模拟与磨损特性[J]. 汪家琼,蒋万明,孔繁余,宿向辉,陈浩. 农业机械学报. 2013(11)
博士论文
[1]灯泡贯流式水轮机协联关系及性能研究[D]. 李正贵.兰州理工大学 2014
本文编号：3098544
【文章来源】：热能动力工程. 2020,35(02)北大核心CSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
贯流式水轮机流体域计算模型
为提高计算精确度,进口段、灯泡体和尾水管流体域为结构化网格,活动导叶与转轮流体域为非结构化网格,经网格无关性验证,如图2所示,最终确定网格单元数为8 877 746,节点数为1 937 620,各部分网格数量如表1所示,其流体域网格如图3所示。表1 水轮机各部件网格分布情况Tab.1 Grid layout of turbine components 名称 网格数量 网格节点 网格类型 进口段 65 588 69 260 六面体网格 灯泡体 30 240 34 188 六面体网格 活动导叶 5 528 362 1 071 163 四面体网格 转轮 3 091 201 594 621 四面体网格 尾水管 162 355 168 388 六面体网格
表1 水轮机各部件网格分布情况Tab.1 Grid layout of turbine components 名称 网格数量 网格节点 网格类型 进口段 65 588 69 260 六面体网格 灯泡体 30 240 34 188 六面体网格 活动导叶 5 528 362 1 071 163 四面体网格 转轮 3 091 201 594 621 四面体网格 尾水管 162 355 168 388 六面体网格在非定常计算中,泥沙密度设为2 650 kg/m3,为均匀圆球颗粒,多相流模型采用非均相多相流模型,液相使用RNG k-ε湍流模型,固相使用离散相零方程模型[14-15]。相间传输采用Particle模型,动量交换考虑拽力,并使用Schiller Naumann函数模型,不考虑升力、虚拟质量力及壁面润滑力的影响。非定常计算以定常计算为初始值,湍流耗散力采用法夫尔平均拖拽力(Favre Averaged Drag Force),系数取0.9,湍流输送模型使用佐藤增强粘度(Sato Enhanced Viscosity)。进口选择质量流量条件,出口为压力出口条件。连续相设为无滑移壁面边界,固相设置为自由滑移壁面边界。壁面接触模型选取体积分数模型,动静转子交界面采用冻结转子(Frozen Rotor)。设定物理时间步长为1/ω,即转轮旋转角速度的倒数。先进行了定常计算,然后将此结果作为初始值,再进行固液两相流非定常计算,固液两相计算的收敛精度为10-4。
【参考文献】：
期刊论文
[1]泥沙直径和浓度对混流式水轮机转轮内流场的影响[J]. 廖姣,赖喜德,张兴. 水力发电学报. 2017(05)
[2]抽黄工程用离心泵固液两相流数值模拟[J]. 周世杰,廖伟丽,赵亚萍,阮辉,罗兴锜. 水力发电学报. 2017(05)
[3]基于固液两相流的离心泵内部流场数值分析[J]. 廖姣,赖喜德,廖功磊,张文明. 热能动力工程. 2017(05)
[4]高水头混流式水轮机内部固液两相流数值分析[J]. 廖姣,张兴,张文明. 人民长江. 2017(07)
[5]基于改进欧拉算法的双吸离心泵泥沙磨损特性研究[J]. 张自超,王福军,陈鑫,廖翠林,徐洪泉,陆力. 农业机械学报. 2017(03)
[6]低浓度固液两相流相间阻力修正模型研究[J]. 张自超,王福军,陈鑫,肖若富,姚志峰. 农业机械学报. 2016(12)
[7]水轮机泥沙磨损两相湍流场数值模拟[J]. 黄剑峰,张立翔,姚激,龙立焱. 排灌机械工程学报. 2016(02)
[8]泥沙浓度及粒径对水轮机转轮内部流动影响的数值分析[J]. 张广,魏显著. 农业工程学报. 2014(23)
[9]后掠式叶片轴流泵固液两相流数值模拟与优化[J]. 施卫东,邢津,张德胜,陈刻强,程成. 农业工程学报. 2014(11)
[10]固液两相流离心泵内部流场数值模拟与磨损特性[J]. 汪家琼,蒋万明,孔繁余,宿向辉,陈浩. 农业机械学报. 2013(11)
博士论文
[1]灯泡贯流式水轮机协联关系及性能研究[D]. 李正贵.兰州理工大学 2014
本文编号：3098544
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