混流式水轮机整机全流道CFD模拟分析
发布时间：2021-06-30 11:56
现今对混流立式水轮机内部流场及压力脉动特性的有关研究较多,但是在卧式混流式水轮机内部流动状况及尾水管压力脉动方面的研究还比较少,其内部流动特性及影响水轮机稳定运行的主要因素的分析还可进一步深入。本文首先简要概述了基于CFD的水轮机全流道仿真模拟的国内外研究现状,其次使用Fluent软件对三种典型工况下的某电站卧式混流式水轮机的整机全流道进行了三维湍流数值计算和性能分析,主要工作和成果如下:1.根据水轮机各过流部件的实际几何参数,使用UGS NX 6.0软件,建立了从蜗壳入口到尾水管出口的整个流体计算域的三维几何模型。2.网格及其生成方法的概述,并使用ICEM CFD 14.5软件进行计算域的流体网格划分。3.介绍了CFD技术在水轮机内流场数值模拟的基本应用和计算方法。使用Fluent 14.5软件,选择k-ε家族中的Realizable k-ε湍流模型,采用一阶迎风格式对控制方程进行离散,流场计算方法使用SIMPLE算法。在三个典型工况点下设置4个尾水管处监测点并对整个水轮机全流道进行三维湍流数值计算。4.对数值计算的结果用Tecplot 360 EX 2015 R1后处理软件来进行分...
【文章来源】：昆明理工大学云南省
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
CFD方法设计流程图
昆明理工大学硕士学位论文12222(）()()[][]()222()[()]ijijjjjjjjijiiijjijjuuquuqphuuupqtxxxuuuuuuuxxxx()()iijiijjjijjiuuuuuuuuxxxxxx[()]ijijjiuuuxxx（2.5）2.3控制方程离散化处理2.3.1离散方程的意义基于CFD的水轮机全流道仿真模拟的研究过程可用图2.2表示。以求解瞬态过程为例，图2.2可被理解为一个时间步长内的计算过程，循环该时间步长内的计算过程以求得下个时间步的解。图2.2CFD方法工作流程图
昆明理工大学硕士学位论文142.4流场计算的SIMPLE算法前一节建立了一个对应于控制方程的离散方程，即代数方程组。然而，对于诸如水轮机的整机全流道流场这类的复杂问题，所产生的离散方程并不能直接求解，还必须对离散方程进行一些调整。SIMPLE算法，即压力耦合方程组的半隐式方法，是目前国内外工程上得到最为广泛应用的流场计算方法。值得注意的是，此处讨论暂不考虑流体的湍流特性，下一节将专门介绍湍流的数值解法。在Fluent中，解析计算指将离散到各网格节点上的流体计算域控制方程分别求解的过程。CFD软件常用的两种求解方法：耦合式算法和分离式算法，其中前者主要包括显式格式和隐式格式两种方式。一般来说，耦合式算法的计算效率太低，计算量很大，直接影响了流体数值计算的整体效率。而分离式算法则是通过多次迭代求解每个变量的代数方程，得到控制方程的收敛解。该算法是逐步进行的，上个步骤的计算结果是下一步的初始值并且在计算出收敛解之后停止计算。分离式算法的格式通常由SIMPLE和SIMPLEC主导。在这两种情况下，求解过程都是通过压力校正完成的，该方法广泛用于解决实际工程中不可压缩流场的数值计算问题。2.5三维湍流模型及其在CFD中的应用水力机械研究中的大多数流体处于湍流状态，这也是研究人员在CFD仿真中一直所困扰和关心的核心问题，这主要是因为数值计算的准确性在很大程度上将取决于不同湍流模型的选择。一般来说，湍流数值模拟方法有直接数值模拟和非直接数值模拟两种（见图2.3）。图2.3三维湍流数值模拟方法及相应的湍流模型
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于格子玻尔兹曼离心泵内部流场数值模拟[J]. 苏博,张建蓉,喻智锋,张记坤. 中国水运(下半月). 2018(11)
[2]水泵水轮机叶道涡的串级及耗散特性分析[J]. 胡秀成,张立翔,张洪明. 水力发电学报. 2018(06)
[3]基于FLUENT的长短叶片水轮机数值仿真[J]. 张树女,冯立斌,徐连奎. 软件导刊. 2018(05)
[4]不同湍流模型在水轮机数值计算中的适用性探究[J]. 徐连奎,张建蓉,王永利,孙佳祥,张树女. 水电能源科学. 2018(03)
[5]混流式水轮机全流道模型CFD分析与研究[J]. 张慧珍. 机电技术. 2018(01)
[6]基于N边曲面的混流式转轮叶片精确建模研究[J]. 候洁,宋文武,金永鑫,石建伟. 水力发电. 2017(07)
[7]混流式水轮机内部流动数值模拟[J]. 王攀登. 科技风. 2017(11)
[8]基于NURBS曲线的离心透平叶型设计[J]. 谭鑫,郭慧婧,李会,黄典贵. 热能动力工程. 2017(03)
[9]水轮机活动导叶关闭过程中导水机构内动态流场数值模拟研究[J]. 黄剑峰,张立翔,杨松,姚激. 水利学报. 2017(03)
[10]UGNX在数控线切割编程中的开发与应用[J]. 罗颖. 机械. 2017(02)
博士论文
[1]水轮机内部非定常湍流的数值模拟研究[D]. 黄剑峰.昆明理工大学 2013
硕士论文
[1]双列活动导叶串列叶栅对混流式水轮机性能的影响[D]. 张维伟.西安理工大学 2018
[2]卧式混流式水轮机内部流场数值仿真分析[D]. 赵盟.昆明理工大学 2018
[3]水轮机内部流场湍流模型适用性探究及仿真分析[D]. 徐连奎.昆明理工大学 2018
[4]基于数值方法的长短叶片混流式水轮机性能研究[D]. 闫雪纯.河北工程大学 2017
[5]水轮机尾水管内部流场分析及优化设计[D]. 郭克敏.昆明理工大学 2017
[6]混流式水轮机全流道仿真研究与压力脉动分析[D]. 刘小伟.昆明理工大学 2017
[7]可逆式水泵水轮机全流道三维非定常数值模拟[D]. 韩冬冬.昆明理工大学 2017
[8]基于CFD的混流式水轮机内流场计算与分析[D]. 乔文涛.华北水利水电大学 2016
[9]完全包角金属锅壳水轮机导水机构内部流场仿真与分析[D]. 刘福春.昆明理工大学 2016
[10]基于CFD的水平轴海流能水轮机叶片设计及水动力学特性研究[D]. 尹锐.昆明理工大学 2016
本文编号：3257699
【文章来源】：昆明理工大学云南省
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
CFD方法设计流程图
昆明理工大学硕士学位论文12222(）()()[][]()222()[()]ijijjjjjjjijiiijjijjuuquuqphuuupqtxxxuuuuuuuxxxx()()iijiijjjijjiuuuuuuuuxxxxxx[()]ijijjiuuuxxx（2.5）2.3控制方程离散化处理2.3.1离散方程的意义基于CFD的水轮机全流道仿真模拟的研究过程可用图2.2表示。以求解瞬态过程为例，图2.2可被理解为一个时间步长内的计算过程，循环该时间步长内的计算过程以求得下个时间步的解。图2.2CFD方法工作流程图
昆明理工大学硕士学位论文142.4流场计算的SIMPLE算法前一节建立了一个对应于控制方程的离散方程，即代数方程组。然而，对于诸如水轮机的整机全流道流场这类的复杂问题，所产生的离散方程并不能直接求解，还必须对离散方程进行一些调整。SIMPLE算法，即压力耦合方程组的半隐式方法，是目前国内外工程上得到最为广泛应用的流场计算方法。值得注意的是，此处讨论暂不考虑流体的湍流特性，下一节将专门介绍湍流的数值解法。在Fluent中，解析计算指将离散到各网格节点上的流体计算域控制方程分别求解的过程。CFD软件常用的两种求解方法：耦合式算法和分离式算法，其中前者主要包括显式格式和隐式格式两种方式。一般来说，耦合式算法的计算效率太低，计算量很大，直接影响了流体数值计算的整体效率。而分离式算法则是通过多次迭代求解每个变量的代数方程，得到控制方程的收敛解。该算法是逐步进行的，上个步骤的计算结果是下一步的初始值并且在计算出收敛解之后停止计算。分离式算法的格式通常由SIMPLE和SIMPLEC主导。在这两种情况下，求解过程都是通过压力校正完成的，该方法广泛用于解决实际工程中不可压缩流场的数值计算问题。2.5三维湍流模型及其在CFD中的应用水力机械研究中的大多数流体处于湍流状态，这也是研究人员在CFD仿真中一直所困扰和关心的核心问题，这主要是因为数值计算的准确性在很大程度上将取决于不同湍流模型的选择。一般来说，湍流数值模拟方法有直接数值模拟和非直接数值模拟两种（见图2.3）。图2.3三维湍流数值模拟方法及相应的湍流模型
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于格子玻尔兹曼离心泵内部流场数值模拟[J]. 苏博,张建蓉,喻智锋,张记坤. 中国水运(下半月). 2018(11)
[2]水泵水轮机叶道涡的串级及耗散特性分析[J]. 胡秀成,张立翔,张洪明. 水力发电学报. 2018(06)
[3]基于FLUENT的长短叶片水轮机数值仿真[J]. 张树女,冯立斌,徐连奎. 软件导刊. 2018(05)
[4]不同湍流模型在水轮机数值计算中的适用性探究[J]. 徐连奎,张建蓉,王永利,孙佳祥,张树女. 水电能源科学. 2018(03)
[5]混流式水轮机全流道模型CFD分析与研究[J]. 张慧珍. 机电技术. 2018(01)
[6]基于N边曲面的混流式转轮叶片精确建模研究[J]. 候洁,宋文武,金永鑫,石建伟. 水力发电. 2017(07)
[7]混流式水轮机内部流动数值模拟[J]. 王攀登. 科技风. 2017(11)
[8]基于NURBS曲线的离心透平叶型设计[J]. 谭鑫,郭慧婧,李会,黄典贵. 热能动力工程. 2017(03)
[9]水轮机活动导叶关闭过程中导水机构内动态流场数值模拟研究[J]. 黄剑峰,张立翔,杨松,姚激. 水利学报. 2017(03)
[10]UGNX在数控线切割编程中的开发与应用[J]. 罗颖. 机械. 2017(02)
博士论文
[1]水轮机内部非定常湍流的数值模拟研究[D]. 黄剑峰.昆明理工大学 2013
硕士论文
[1]双列活动导叶串列叶栅对混流式水轮机性能的影响[D]. 张维伟.西安理工大学 2018
[2]卧式混流式水轮机内部流场数值仿真分析[D]. 赵盟.昆明理工大学 2018
[3]水轮机内部流场湍流模型适用性探究及仿真分析[D]. 徐连奎.昆明理工大学 2018
[4]基于数值方法的长短叶片混流式水轮机性能研究[D]. 闫雪纯.河北工程大学 2017
[5]水轮机尾水管内部流场分析及优化设计[D]. 郭克敏.昆明理工大学 2017
[6]混流式水轮机全流道仿真研究与压力脉动分析[D]. 刘小伟.昆明理工大学 2017
[7]可逆式水泵水轮机全流道三维非定常数值模拟[D]. 韩冬冬.昆明理工大学 2017
[8]基于CFD的混流式水轮机内流场计算与分析[D]. 乔文涛.华北水利水电大学 2016
[9]完全包角金属锅壳水轮机导水机构内部流场仿真与分析[D]. 刘福春.昆明理工大学 2016
[10]基于CFD的水平轴海流能水轮机叶片设计及水动力学特性研究[D]. 尹锐.昆明理工大学 2016
本文编号：3257699
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/dqwllw/3257699.html
最近更新
教材专著
