包邮水轮机非定常流动及多相流特性研究

目录前言第1章　绪论11.1　引言11.2　水力机械流体力学概述31.2.1　工程现代流体力学概述31.2.2　水力机械现代流体力学概述51.2.3　水力机械流固耦合动力学概述81.3　现代水轮机领域主要研究课题111.3.1　水轮机的非定常、瞬态流动研究121.3.2　水轮机的空化、泥沙磨损与多相流研究131.3.3　水轮机的振动、过渡过程和稳定性研究14第2章　混流式水轮机全流道定常及非定常湍流模拟162.1　定常及非定常流动微分控制方程的有限体积法离散162.2　水轮机物理模型的建立及网格划分182.3　计算边界条件212.4　湍流计算模型222.4.1　标准k-ε模型222.4.2　RNGk-ε模型232.5　水轮机性能预估242.5.1　能量性能预估模型242.5.2　空化性能预估模型252.5.3　原型混流式水轮机性能预估结果262.6　原型混流式水轮机三维定常湍流计算结果及分析272.6.1　蜗壳流场计算结果及分析272.6.2　导水机构流场计算结果及分析302.6.3　转轮流场计算结果及分析322.6.4　尾水管流场计算结果及分析402.7　原型混流式水轮机三维非定常湍流计算结果及分析452.7.1　引水部件流场随时间的变化452.7.2　转轮流道内流场随时间的变化462.7.3　尾水管内非定常涡带形态492.8　本章小结49第3章　基于大涡和分离涡模拟的水轮机瞬态湍流模拟513.1　高级湍流模拟技术概述513.1.1　湍流理论发展概况513.1.2　湍流的数值模拟523.3　水力机械非定常流动模拟方法603.3.1　水力机械叶轮中流体运动方程613.3.2　动静干扰的滑移网格技术623.4　不可压缩非定常流动控制方程的分离求解633.4.1　非定常流动的SIMPLEC算法633.4.2　PISO算法643.5　基于大涡模拟的水轮机内瞬态湍流场特性分析663.5.1　计算模型及数值实现663.5.2　计算结果及分析673.6　基于分离涡模拟的水轮机内非定常流精细模拟733.6.1　计算模型及数值实现733.6.2　计算结果及分析733.7　本章小结78第4章　基于混合模型的水轮机空化和泥沙磨损湍流场数值模拟804.1　水力机械中的多相湍流问题804.1.1　水力机械中的空化流动及空蚀814.1.2　水力机械中泥沙磨损的固液两相湍流834.2　常用的多相流计算模型概述854.2.1　多相流模拟方法854.2.2　VOF模型864.2.3　混合模型864.2.4　欧拉模型874.3　基于混合均匀多相流模型的水轮机空化湍流场数值模拟874.3.1　数值模拟方法874.3.2　计算结果及分析894.4　基于代数滑移混合模型的水轮机泥沙磨损湍流场数值模拟934.4.1　数值模拟方法934.4.2　计算结果及分析954.5　本章小结99第5章　基于动网格与重叠网格的槽道内活动导叶绕流数值模拟1015.1　有运动边界的非定常流动研究现状1015.2　水力机组水力过渡过程概述1035.2.1　水力过渡过程的概念1045.2.2　导叶的合理控制1045.3　动网格与重叠网格技术1065.3.1　动网格模型简介1065.3.2　动网格模型控制方程1065.3.3　动网格模型更新方法1075.3.4　重叠网格技术简介1095.4　基于动网格的槽道内导叶不同关闭规律的数值模拟1105.4.1　计算对象和网格设计1105.4.2　边界条件1115.4.3　结果及分析1115.5　基于动网格的槽道内导叶绕流水动力特性大涡模拟1315.5.1　计算对象和网格设计1315.5.2　边界条件1325.5.3　结果及分析1325.6　基于重叠网格的槽道内导叶尾流水动力特性数值模拟1375.6.1　计算对象和网格设计1375.6.2　边界条件1395.6.3　结果及分析1395.7　本章小结144第6章　基于浸入边界法的水轮机导叶动态绕流的大涡模拟1466.1　浸入边界法概述1466.1.1　浸入边界法的基本概念1466.1.2　不可压缩流体浸入边界法和大涡模拟的结合1496.2　湍流拟序结构研究概述1516.2.1　湍流拟序结构概况1516.2.2　流场中拟序结构的识别方法1536.3　全隐式耦合算法1556.4　浸入边界法在水轮机导叶动态绕流模拟中的应用1556.4.1　槽道内活动导叶动态绕流的IBM-LES模拟1566.4.2　槽道内双列线性动静叶栅动态绕流的IBM-LES模拟1716.4.3　导水机构双环列非线性叶栅动态绕流的IBM-LES模拟1776.5　本章小结182第7章　基于离散相颗粒流的水轮机内泥沙磨损研究1847.1　引言1847.2　基于离散相模型水轮机内泥沙磨损研究1867.2.1　计算对象1867.2.2　边界条件与计算方法1877.2.3　结果及分析1897.3　混流式水轮机冲蚀-动网格耦合泥沙磨损演化特性研究1957.3.1　计算模型1957.3.2　颗粒冲蚀-动网格耦合模型1967.3.3　数值模拟方法验证1977.3.4　计算结果及讨论1997.4　本章小结208第8章　基于DEM-CFD的水轮机内泥沙磨损研究2098.1　引言2098.2　离散单元法与多物理场颗粒动力学仿真软件Rocky2108.2.1　接触力模型2128.2.2　滚动阻力模型2148.3　水轮机泥沙颗粒流体系统DEM-CFD建模及仿真2158.3.1　水轮机流体CFD计算2158.3.2　水轮机泥沙颗粒离散元DEM计算2158.3.3　水轮机DEM-CFD耦合计算2178.4　结果及分析2178.4.1　水轮机内泥沙颗粒运动特性分析2178.4.2　水轮机导水机构泥沙磨损分析2208.4.3　水轮机转轮泥沙磨损分析2238.4.4　水轮机尾水管泥沙磨损分析2278.5　本章小结228参考文献229附录　槽道内双列线性动静叶栅绕流的IBM-LES模拟243彩图