現(xiàn)今對混流立式水輪機內(nèi)部流場及壓力脈動特性的有關(guān)研究較多,但是在臥式混流式水輪機內(nèi)部流動狀況及尾水管壓力脈動方面的研究還比較少,其內(nèi)部流動特性及影響水輪機穩(wěn)定運行的主要因素的分析還可進一步深入。本文首先簡要概述了基于CFD的水輪機全流道仿真模擬的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀,其次使用Fluent軟件對三種典型工況下的某電站臥式混流式水輪機的整機全流道進行了三維湍流數(shù)值計算和性能分析,主要工作和成果如下:1.根據(jù)水輪機各過流部件的實際幾何參數(shù),使用UGS NX 6.0軟件,建立了從蝸殼入口到尾水管出口的整個流體計算域的三維幾何模型。2.網(wǎng)格及其生成方法的概述,并使用ICEM CFD 14.5軟件進行計算域的流體網(wǎng)格劃分。3.介紹了CFD技術(shù)在水輪機內(nèi)流場數(shù)值模擬的基本應(yīng)用和計算方法。使用Fluent 14.5軟件,選擇k-ε家族中的Realizable k-ε湍流模型,采用一階迎風(fēng)格式對控制方程進行離散,流場計算方法使用SIMPLE算法。在三個典型工況點下設(shè)置4個尾水管處監(jiān)測點并對整個水輪機全流道進行三維湍流數(shù)值計算。4.對數(shù)值計算的結(jié)果用Tecplot 360 EX 2015 R1后處理軟件來進行分... 

【文章來源】：昆明理工大學(xué)云南省

【文章頁數(shù)】：68 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

CFD方法設(shè)計流程圖

昆明理工大學(xué)碩士學(xué)位論文12222(）()()[][]()222()[()]ijijjjjjjjijiiijjijjuuquuqphuuupqtxxxuuuuuuuxxxx()()iijiijjjijjiuuuuuuuuxxxxxx[()]ijijjiuuuxxx（2.5）2.3控制方程離散化處理2.3.1離散方程的意義基于CFD的水輪機全流道仿真模擬的研究過程可用圖2.2表示。以求解瞬態(tài)過程為例，圖2.2可被理解為一個時間步長內(nèi)的計算過程，循環(huán)該時間步長內(nèi)的計算過程以求得下個時間步的解。圖2.2CFD方法工作流程圖

昆明理工大學(xué)碩士學(xué)位論文142.4流場計算的SIMPLE算法前一節(jié)建立了一個對應(yīng)于控制方程的離散方程，即代數(shù)方程組。然而，對于諸如水輪機的整機全流道流場這類的復(fù)雜問題，所產(chǎn)生的離散方程并不能直接求解，還必須對離散方程進行一些調(diào)整。SIMPLE算法，即壓力耦合方程組的半隱式方法，是目前國內(nèi)外工程上得到最為廣泛應(yīng)用的流場計算方法。值得注意的是，此處討論暫不考慮流體的湍流特性，下一節(jié)將專門介紹湍流的數(shù)值解法。在Fluent中，解析計算指將離散到各網(wǎng)格節(jié)點上的流體計算域控制方程分別求解的過程。CFD軟件常用的兩種求解方法：耦合式算法和分離式算法，其中前者主要包括顯式格式和隱式格式兩種方式。一般來說，耦合式算法的計算效率太低，計算量很大，直接影響了流體數(shù)值計算的整體效率。而分離式算法則是通過多次迭代求解每個變量的代數(shù)方程，得到控制方程的收斂解。該算法是逐步進行的，上個步驟的計算結(jié)果是下一步的初始值并且在計算出收斂解之后停止計算。分離式算法的格式通常由SIMPLE和SIMPLEC主導(dǎo)。在這兩種情況下，求解過程都是通過壓力校正完成的，該方法廣泛用于解決實際工程中不可壓縮流場的數(shù)值計算問題。2.5三維湍流模型及其在CFD中的應(yīng)用水力機械研究中的大多數(shù)流體處于湍流狀態(tài)，這也是研究人員在CFD仿真中一直所困擾和關(guān)心的核心問題，這主要是因為數(shù)值計算的準(zhǔn)確性在很大程度上將取決于不同湍流模型的選擇。一般來說，湍流數(shù)值模擬方法有直接數(shù)值模擬和非直接數(shù)值模擬兩種（見圖2.3）。圖2.3三維湍流數(shù)值模擬方法及相應(yīng)的湍流模型

【參考文獻(xiàn)】：
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博士論文
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[4]基于數(shù)值方法的長短葉片混流式水輪機性能研究[D]. 閆雪純.河北工程大學(xué) 2017
[5]水輪機尾水管內(nèi)部流場分析及優(yōu)化設(shè)計[D]. 郭克敏.昆明理工大學(xué) 2017
[6]混流式水輪機全流道仿真研究與壓力脈動分析[D]. 劉小偉.昆明理工大學(xué) 2017
[7]可逆式水泵水輪機全流道三維非定常數(shù)值模擬[D]. 韓冬冬.昆明理工大學(xué) 2017
[8]基于CFD的混流式水輪機內(nèi)流場計算與分析[D]. 喬文濤.華北水利水電大學(xué) 2016
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[10]基于CFD的水平軸海流能水輪機葉片設(shè)計及水動力學(xué)特性研究[D]. 尹銳.昆明理工大學(xué) 2016



本文編號：3257699