我國(guó)河流泥沙含量較高,水力機(jī)械常受到水沙聯(lián)合作用的空蝕影響,使水力機(jī)械的效率降低,壽命減少,空化和空蝕是損傷機(jī)械壽命的重要原因,因此探究空化與空蝕條件下,水力機(jī)械的內(nèi)部流動(dòng)特性具有重要的意義與價(jià)值。本文對(duì)一個(gè)對(duì)稱的縮小水翼模型在兩種不同的攻角條件下,分別的計(jì)算了清水與含沙水流兩情況下的空化現(xiàn)象,同時(shí)分析了攻角以及泥沙對(duì)空化性能的影響。本論文的主要研究?jī)?nèi)容與研究結(jié)論如下:（1）查閱文獻(xiàn)、收集資料。總結(jié)過(guò)往研究中,學(xué)者對(duì)空化模型的研究,以及多相流模擬的研究方法。（2）使用UG軟件對(duì)水翼模型進(jìn)行建模,同時(shí)將水翼以3°和9°兩種角度放置于與所對(duì)應(yīng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相同的流場(chǎng)中,分別進(jìn)行網(wǎng)格劃分和無(wú)關(guān)性檢驗(yàn)。（3）采用了一種完整空化模型和均勻混合兩相流模型互相結(jié)合的模型進(jìn)行空化模擬,分析了空化數(shù)、空化現(xiàn)象、壓力、流速等,并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相對(duì)比,發(fā)現(xiàn)空化發(fā)生位置往往與低壓區(qū)相對(duì)應(yīng),且空化數(shù)越小,空化越劇烈,同時(shí)流速波動(dòng)越大。在同條件下,大攻角的空化性能差于小攻角。（4）對(duì)含沙水流進(jìn)行三相流模擬,在與清水空化同工況的條件下,獲得了空化現(xiàn)象、壓力、流速等變化規(guī)律,發(fā)現(xiàn)含沙水流的空化劇烈程度比清水空化更加嚴(yán)重,且大攻... 

【文章來(lái)源】：西安理工大學(xué)陜西省

【文章頁(yè)數(shù)】：65 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

空化與沸騰的不同F(xiàn)ig.1-1Thedifferencebetweencavitationandboiling由于在流體機(jī)械當(dāng)中產(chǎn)生的空化現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致機(jī)械部件的損傷、也經(jīng)常導(dǎo)致機(jī)械水力

西安理工大學(xué)碩士學(xué)位論文10圖1-2氣-液-固三相之間動(dòng)量傳遞封閉模型Fig.1-2Closedmodelofmomentumtransferbetweengasliquidsolidthree-phases在一些文獻(xiàn)中，對(duì)氣-液-固三相漿態(tài)床進(jìn)行CFD模擬時(shí)，通常利用二維的穩(wěn)態(tài)模擬。嚴(yán)格的說(shuō)，三相漿態(tài)鼓泡塔內(nèi)的流動(dòng)是非定常流動(dòng)，在不同時(shí)間和空間尺度上，內(nèi)部流動(dòng)過(guò)程通常發(fā)生，非穩(wěn)態(tài)流體動(dòng)力學(xué)行為由于設(shè)計(jì)和操作參數(shù)（如反應(yīng)器和分布器的設(shè)計(jì)、氣體流量和固含率等）的影響，與此同時(shí)也控制著反應(yīng)器內(nèi)混合和輸運(yùn)過(guò)程，因此，在對(duì)實(shí)際裝置進(jìn)行仿真時(shí)，建議采用三維模擬仿真。由于氣液固三相模擬的復(fù)雜性，有必要根據(jù)研究對(duì)象和具體問(wèn)題，選擇合適的方法。1.3研究?jī)?nèi)容與技術(shù)路線1.3.1研究?jī)?nèi)容本文針對(duì)目前對(duì)多相流動(dòng)研究的不足之處，將水翼模型以不同角度放置于水洞中，對(duì)其進(jìn)行多相流動(dòng)的研究，分別進(jìn)行清水空化以及含沙空化的數(shù)值計(jì)算。本文的主要研究?jī)?nèi)容如下：（1）本文以某試驗(yàn)空化結(jié)果為基礎(chǔ)，對(duì)試驗(yàn)?zāi)Ｐ退磉M(jìn)行三維建模，將水翼模型以3°和9°放置于某試驗(yàn)臺(tái)水洞中，采用非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格對(duì)其進(jìn)行網(wǎng)格劃分。（2）對(duì)水翼在清水條件下進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，以清水計(jì)算結(jié)果作為清水空化的初場(chǎng)，并分析空化發(fā)生的位置，空化條件對(duì)空化的影響，以及流場(chǎng)的壓力變化等。（3）將數(shù)值模擬的結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較，驗(yàn)證所使用空化模型的準(zhǔn)確性。采用的空化模型為一種完整空化模型和均勻混合兩相流模型互相結(jié)合的模型，湍流模型為RNGk-ε模型。（4）使用三相流模型對(duì)含沙水流進(jìn)行空化數(shù)值模擬研究，研究磨蝕與空化聯(lián)合作用對(duì)水翼空化的影響，并于清水條件下的空化結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，判斷沙粒對(duì)空化的影響。

2數(shù)值模擬方法及計(jì)算方式19性�；旌衔锬Ｐ皖櫭剂x就是講流體整體考慮成一種連續(xù)介質(zhì)，該介質(zhì)中各物質(zhì)之間相互融合貫穿，有各自的運(yùn)動(dòng)速度。混合物模型的計(jì)算方式相對(duì)簡(jiǎn)單，但相比于歐拉模型，它更傾向于模擬一些簡(jiǎn)單的多相流，而歐拉模型的普適性更高，能夠模擬更加復(fù)雜的多項(xiàng)流動(dòng)，而且歐拉模型的計(jì)算精度也更高，但混合模型的優(yōu)勢(shì)是能夠模擬沒(méi)有清晰分界面的顆粒相流動(dòng)。在一些情況下，混合模型也能取得與歐拉模型相似的模擬結(jié)果，但是它求解的變量要少于歐拉模型。同時(shí)，混合模型無(wú)法使用耦合求解器、大渦模擬模型和二階隱式時(shí)間步進(jìn)公式等。2.4本文模型與網(wǎng)格劃分2.4.1本文模型本文用于研究流動(dòng)分析的模型是一個(gè)用于高壓水輪機(jī)的具有對(duì)稱橫截面的導(dǎo)葉的縮小模型。模型是二維對(duì)稱水翼，由黃銅制成，表面粗糙度為1.5μm。弦長(zhǎng)C為100毫米。最大寬度是Hmax=0.2149C，在距前緣Xmax=0.4283C處測(cè)量.GV曲線構(gòu)造為表2-1中給出的點(diǎn)的三次樣條近似。表2-1.水翼模型H沿其弦的不同位置的厚度Tab.2-1ThicknessofhydrofoilmodelHatdifferentpositionsalongitschordx/C00.10.20.30.40.50.60.70.80.91H/C00.130.17690.20510.21440.21020.18640.14610.0980.04950如圖2-1所示導(dǎo)葉的縮小模型，其弦長(zhǎng)為100mm，且最大厚度為21.49mm，厚度最大處距離前緣42.83mm。圖2-1水翼縮小模型Fig.2-1Hydrofoilreductionmodel2.4.2網(wǎng)格生成技術(shù)網(wǎng)格劃分是流體力學(xué)分析的基礎(chǔ)，是數(shù)值模擬最重要的步驟。網(wǎng)格質(zhì)量直接影響數(shù)值模擬的結(jié)果。網(wǎng)格生成方法是決定網(wǎng)格質(zhì)量的重要因素。


本文編號(hào)：3038920