IB-LB耦合格式模拟贯流式水轮机三维瞬变流

发布时间：2021-11-14 23:13

　　采用浸没边界-格子玻尔兹曼（IB-LB）格式模拟贯流式水轮机三维瞬变流.首先给出IB-LB模型以及处理转轮旋转和导叶运动强流固耦合问题的方法,然后对某贯流式水轮机过渡过程中的三维瞬变流进行模拟,分析了宏观量变化过程和瞬变流态.结果表明:贯流式水轮机在甩负荷和增负荷两种工况下的压力、速度、轴推力变化规律与常规认识一致,由此说明IB-LB格式能模拟包括水轮机三维瞬变流在内的更实际的流固耦合问题. 

【文章来源】：华中科技大学学报(自然科学版). 2016,44(01)北大核心EICSCD

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

图３甩负荷过程中的压力变化

．甩负荷发生后，转轮受到的正向水推力由于流量下降而逐渐减小，出现反向水推力的现象．图１甩负荷过程中的力矩和角速度变化图３所示为甩负荷过程中压力变化曲线．图中１，２，３，４代表断面测点１～４．甩负荷发生后，导叶前的压力上升，逐渐趋近于上游压力；导叶后图２甩负荷过程中的反向水推力变化和转轮后的压力下降，逐渐趋近于下游压力．由于导叶关死水流中断，转轮由运动转为静止，导叶后和转轮后的压差降低为零．甩负荷过程中的典型时刻导叶和转轮的压力分布如图４和图５所示，典型时刻的三维流场如图６所示，图中：ｔ＊＝０．６７３为导叶开始关闭时刻；ｔ＊＝０．７９６为导叶关死时刻．图３甩负荷过程中的压力变化图４甩负荷过程中的导叶压力分布（上游视角）·１２５第·１期李师尧，等：ＩＢ－ＬＢ耦合格式模拟贯流式水轮机三维瞬变流

图５甩负荷过程中的转轮压力分布（下游视角）图６甩负荷中典型时刻的三维流场图２．４增负荷结果分析增负荷工况与甩负荷工况相反，其压力变化曲线如图７所示．导叶开度增大后，导叶前压力下降，导叶后和转轮后压力上升；由于导叶增大了开图７增负荷过程中的压力变化度，水流经过导叶的局部水头损失减小，因此导叶前和导叶后的压差降低；由于转轮增大了出力，水流损失能力增多，因此转轮前后的压差变大．３结语本研究发展了ＩＢ－ＬＢ格式，模拟了贯流式水轮机甩负荷、增负荷工况的三维瞬变流，证明了ＩＢ－ＬＢ格式在模拟工程实际问题上的可行性．结果显示：该格式能够有效解决转轮转动和导叶动作这样的大幅度流固耦合问题，较准确地模拟瞬变过程水力变化参数规律．由于ＩＢ－ＬＢ格式天然的并行计算优势，在ＧＰＵ众核并行计算平台上获得更大加速比，与传统ＣＦＤ方法相比优势明显，因此该方法具有良好发展潜力和应用前景．参考文献［１］李金伟，刘树红，周大庆，等．混流式水轮机飞逸暂态过程的三维非定常湍流数值模拟［Ｊ］．水力发电学报，２００９，２８（１）：１７８－１８２．［２］周大庆，吴玉林，刘树红．轴流式水轮机模型飞逸过程三维湍流数值模拟［Ｊ］．水利学报，２０１０，４１（２）：２３３－２３８．［３］ＺｈａｎｇＸＸ，ＣｈｅｎｇＹＧ，ＹａｎｇＪＤ，ｅｔａｌ．ＳｉｍｕｌａｔｉｎｇｔｈｅｌｏａｄｒｅｊｅｃｔｉｏｎｔｒａｎｓｉｅｎｔｐｒｏｃｅｓｓｏｆａＦｒａｎｃｉｓｔｕｒ－ｂｉｎｅｂｙｕｓｉｎｇａ１Ｄ－３Ｄｃｏｕｐｌｉｎｇａｐｐｒｏａｃｈ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ

【参考文献】：
期刊论文
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[2]灯泡式水轮机飞逸过渡过程3维CFD模拟[J]. 夏林生,程永光,张晓曦,张春泽.  四川大学学报(工程科学版). 2014(05)
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[4]轴流式水轮机模型飞逸过程三维湍流数值模拟[J]. 周大庆,吴玉林,刘树红.  水利学报. 2010(02)
[5]混流式水轮机飞逸暂态过程的三维非定常湍流数值模拟[J]. 李金伟,刘树红,周大庆,吴玉林.  水力发电学报. 2009(01)



本文编号：3495545