沖擊式水輪機噴嘴射流的數(shù)值模擬及流動機理研究.pdf

1、沖擊式水輪機的噴嘴射流的是一種復(fù)雜的氣液兩相非定常流動。本文首先介紹了流場數(shù)值模擬的基本流場控制方程、CFD求解過程，重點討論噴嘴射流數(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)。本文詳細描述數(shù)值解析的各項設(shè)定，依照計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、計算控制參數(shù)設(shè)定。由于沖擊式水輪機噴嘴射流是兩相射流，進行瞬態(tài)計算的時間步長必須非常小，需要大量的計算資源。本研究在保證結(jié)果正確可信的前提

2、下對計算的模型、網(wǎng)格和邊界條件等多方面進行探討?！　≡跊_擊式水輪機的設(shè)計或者改進中，射流形狀是重要信息，它包含了三個重要參數(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)可以用來判斷射流的質(zhì)量從而改進噴嘴、噴針和上游導(dǎo)水管道的設(shè)計，還可以作為下游水斗設(shè)計、機殼設(shè)計提供依據(jù)。本文介紹了射流形狀預(yù)測存在的難點，在射流的數(shù)值模擬基礎(chǔ)上對適用于環(huán)境風(fēng)速下的射流半徑計算公式進行推導(dǎo)，提出了網(wǎng)格動能權(quán)重法，應(yīng)用該方法對幾個時刻

3、的瞬時射流形狀進行計算，揭示了射流形狀的不穩(wěn)定性。由此，首次引入了統(tǒng)計的方法進行時間平均處理，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)計參數(shù)。通過最小二乘法作出射流膨脹的趨勢線，得到線性的趨勢方程，從而確定了射流半徑膨脹率。應(yīng)用網(wǎng)格動能權(quán)重法，本章還對不同噴針開度下和不同環(huán)境風(fēng)速下的射流形狀進行了比較。沖擊式水輪機噴嘴射流由于處于大氣壓力中，被認為是空氣中的“自由射流