贯流式水轮机三维非定常流 DES 数值模拟-论文.pdf

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1、贯流式水轮机三维非定常流DES数值模拟欧阳振宇，张立翔(昆明理工大学土木工程学院，云南昆明65O5OO)SimulationofThree——dimensionalUnsteadyFlowsinaTubularHydro——TurbineonDetachedEddySimulation0UYANGZhen—yu，ZHANGLi—xiang(SchoolofCivilEngineering，KunmingUniversityofScienceandTechnology，Kunming650500，China)摘要：以某水电站为研

2、究对象，建立包含贯流式andoutletstructures．Studiestoexplorethemech—水轮机的全流道数值模型，基于不可压缩瞬态N—Sanismfortheformationofvortex—inducedvibra—方程，进行了三维非定常流研究。将全流道定常计tionofturbinehasacertainreferencevalue．算的结果作为初始流场，应用分离涡模型(DES)和Keywords：tubularhydro—turbine；computa—滑移网格技术，进行了水轮机动静干扰的非定常湍t

3、ionalfluiddynamics(CFD)：3Dunsteadyturbu—流数值模拟，得到了全流场的瞬时压力分布和湍动lences：DES粘度分布，转轮室进出1：7处的瞬时涡量分布，捕捉到水轮机转轮室进出1：2处复杂的三维动态涡结构。研0引言究工作对于探讨水轮机涡激振动形成的机理具有一定的参考意义。贯流式水轮机具有几何结构特殊、运行工况多关键词：贯流式水轮机；计算流体动力学；三维变的特点，其内部流场是非常复杂的黏性、三维非定非定常湍流；分离涡模拟常湍流流动，而且内部流动的工质可能处于两相甚中图分类号：TV734．1至多相

4、状态。因此，为了进一步改善贯流式水轮机文献标识码：A水力性能，缩短水轮机设计周期，降低设计的风险，文章编号：1001—2257(2014)06—0048—04有必要对贯流式水轮机内部湍流流动进行研究，以Abstract：Basedonthetransientincompressi—便深刻认识湍流流动的发生、发展规律，以及对后续bleNSequations，takingahydropowerstationas流动的影响。theresearchobject，theestablishmentofanumeri—目前，国内外研究者对贯

5、流式水轮机水力性能calmodelthatcontainsthefullpassagetubular进行研究主要集中在2个方面：一是经验设计与模turbine，conductedathree—dimensionalunsteady型试验相结合，通过反复试验，最终得到较优的设flowresearch．Thewholecalculationrunnersteady计，但是试验具有周期长、费用高，且易受外界干扰flowfieldasaresultoftheinitialapplicationofthe等不足；二是数值模拟研究，随着计

6、算流体力学理论DESandslipgridtechnology，wereoftenunsteady与计算机软、硬件的快速发展，利用计算流体力学技numericalsimulationofturbulentmovementof术研究叶轮机械内部流场和优化设计已成为趋turbineinterference，hasbeeninstantaneouspres—势_】]。数值模拟研究方法突出的优点在于周期suredistributionandturbulentflowoverthekine—短、成本低。maticviscositydis

7、tribution，importandexportof针对某水电站贯流式模型水轮机，以标准的instantaneousvorticitydistributionattherunnerk—e模型计算的三维定常模拟的收敛结果作为初chamber，turbinerunnertocapturethecomplex始场，采用分离涡模型和滑移网格方法进行内部湍three—dimensionaldynamicvortexchamberinlet流场非定常的模拟，获得了水轮机湍流场的瞬态流收稿日期：2014一O1一O6基金项目：国家自然科学基

8、金资助项目(51279071)动特征。结果表明，DES湍流模型能够准确模拟贯·48·《机械与电子》2O14(6)