沖擊式水輪機(jī)噴嘴射流的數(shù)值模擬及流動(dòng)機(jī)理研究.pdf

1、沖擊式水輪機(jī)的噴嘴射流的是一種復(fù)雜的氣液兩相非定常流動(dòng)。本文首先介紹了流場(chǎng)數(shù)值模擬的基本流場(chǎng)控制方程、CFD求解過(guò)程，重點(diǎn)討論噴嘴射流數(shù)值模擬中適用的湍流模型、網(wǎng)格技術(shù)以及自由表面追蹤技術(shù)。本文詳細(xì)描述數(shù)值解析的各項(xiàng)設(shè)定，依照計(jì)算前處理的次序介紹了數(shù)值模型的建立、網(wǎng)格的劃分、邊界條件和初始條件的設(shè)定、計(jì)算控制參數(shù)設(shè)定。由于沖擊式水輪機(jī)噴嘴射流是兩相射流，進(jìn)行瞬態(tài)計(jì)算的時(shí)間步長(zhǎng)必須非常小，需要大量的計(jì)算資源。本研究在保證結(jié)果正確可信的前提

2、下對(duì)計(jì)算的模型、網(wǎng)格和邊界條件等多方面進(jìn)行探討?！　≡跊_擊式水輪機(jī)的設(shè)計(jì)或者改進(jìn)中，射流形狀是重要信息，它包含了三個(gè)重要參數(shù)：縮流位置Z0、縮流半徑R0以及射流半徑膨脹率kRji等。這些參數(shù)可以用來(lái)判斷射流的質(zhì)量從而改進(jìn)噴嘴、噴針和上游導(dǎo)水管道的設(shè)計(jì)，還可以作為下游水斗設(shè)計(jì)、機(jī)殼設(shè)計(jì)提供依據(jù)。本文介紹了射流形狀預(yù)測(cè)存在的難點(diǎn)，在射流的數(shù)值模擬基礎(chǔ)上對(duì)適用于環(huán)境風(fēng)速下的射流半徑計(jì)算公式進(jìn)行推導(dǎo)，提出了網(wǎng)格動(dòng)能權(quán)重法，應(yīng)用該方法對(duì)幾個(gè)時(shí)刻

3、的瞬時(shí)射流形狀進(jìn)行計(jì)算，揭示了射流形狀的不穩(wěn)定性。由此，首次引入了統(tǒng)計(jì)的方法進(jìn)行時(shí)間平均處理，討論和比較了最佳的取樣頻率和樣本數(shù)量，作出了時(shí)間平均的射流形狀，從而找到了縮流位置、縮流半徑和縮流速度等重要設(shè)計(jì)參數(shù)。通過(guò)最小二乘法作出射流膨脹的趨勢(shì)線，得到線性的趨勢(shì)方程，從而確定了射流半徑膨脹率。應(yīng)用網(wǎng)格動(dòng)能權(quán)重法，本章還對(duì)不同噴針開(kāi)度下和不同環(huán)境風(fēng)速下的射流形狀進(jìn)行了比較。沖擊式水輪機(jī)噴嘴射流由于處于大氣壓力中，被認(rèn)為是空氣中的“自由射流