离心泵压水室内部流动数值模拟

基于标准的κ-ε双方程紊流模型,采用SIMPLEC算法,在贴体坐标系下,通过求解三维Navier—Stokes方程,对一离心泵压水室内部流动进行了数值模拟和分析,得到了内部流动的主要特征、研究表明：按常规水力设计方法设计的压水室,在压水室径向断面内存在明显的二次流．速度矩也有明显的梯度．这些流动现象可能是导致压水室损失较大的主要原因．     

高比转速混流泵叶轮正反问题计算

基于Ωu=0的二元设计理论,用Fortran语言编程实现了高比转速混流泵叶轮的水力设计,讨论了轴面流道形状、速度矩分布规律、排挤系数对设计计算结果的影响。基于Navier-Stokes方程,在贴体坐标系和交错网格中,采用SIMPLEC算法,对依据不同设计参数设计出的两个叶轮内部流场进行了数值模拟,并将计算得到的流场压力分布和轴面速度分布进行了对比,同时对两个叶轮进行性能预估。结果表明,轴面流道形状和速度矩分布规律影响叶轮内部压力场和速度场的均匀性,导致两个叶轮性能预估值存在约2%的差别。     

高比转速混流泵叶轮设计方法

基于二元理论，用FORTRAN语言编程实现了高比转速混流泵叶轮的水力设计．给出采用流线迭代法求解轴面流动，应用逐点积分法进行叶片绘形，在轴面上进行叶片加厚和在保角变换平面上进行叶片头部、尾部修圆的基本理论和方法；讨论了轮毂比、速度矩分布函数、叶片进出口边位置等对设计计算结果的影响．该方法有效地提高了设计效率，具有设计计算精度高、得到的叶片表面光滑、叶片表面数据齐全、便于数控机床加工制造等特点，为高比转速混流泵系列叶轮的研发提供了一个平台．     

钟形进水流道吸水室后壁的优化设计

基于标准的k-ε双方程紊流模型,采用SIMPLEC算法,在贴体坐标系下,通过求解三维雷诺平均的Navier-Stokes方程,对不同后壁型线的钟形进水流道内部流动进行了大量数值模拟,并在流场数值模拟的基础上对钟形进水流道吸水室后壁进行优化水力设计,给出了圆弧形设计的一般准则:当钟形进水流道吸水室后壁圆弧型线的切线与进口水流方向的角度大约为90°时,流道速度场与出口断面流速均匀度最好,此时XT-XC≈0.5B(XT为后壁距,XC为确定后壁型线的参数,B为流道宽度). B给定时,若XT在许可范围内改变,则只要参数XC满足XT-XC≈0.5B,即可获得较好的后壁型线.     

三角翼周围非定常流动的三维涡方法数值模拟

为了研究三角翼周围不可压缩流动,利用离散涡元模拟了旋涡的产生、聚集和输送过程.用Lagrange法描述离散涡元的移动,涡元的移动速度通过广义Biot-Savart公式结合快速多级子展开方法计算,粘性扩散通过粒子强度交换(PSE)法模拟.数值模拟了80°后掠角的细长三角翼在低Reynolds数不同攻角下前缘涡的发展和非对称破裂特性,通过分析"滚转"力矩在攻角增大时的变化,得出自激"滚转"振动的起振攻角为23°.     

离心泵蜗舌区非定常流动特性

采用Navier-Stokes方程和RNG k-ε双方程湍流模型,对多工况下离心泵全流道进行了非定常流动数值模拟. 非定常计算得到的离心泵外特性与试验数据吻合较好. 在离心泵蜗舌区设置了3个监测点,计算得到了蜗舌区流体瞬态速度矢量分布,各监测点的压力、径向速度、周向速度的脉动时域特性,并对其进行了分析. 结果表明:设计工况下,蜗舌区流动比较均匀,压力和速度脉动幅度较小. 大流量工况下,在叶轮出口的射流-尾迹结构影响下,各监测点的压力和速度随叶片转动出现相应的峰值和谷值. 小流量工况下,蜗舌区内存在绕蜗舌顶端逆向流动、叶轮出口回流、蜗舌附近蜗型段内旋涡,使得流动非常复杂,流体压力和速度脉动幅度较大,压力最大值约为最小值6倍.      

二维非定常有涡流动的数值模拟方法

为有效地模拟二维有分离现象的粘性流动,发展了求解涡量流函数方程的数值方法。对涡量输运方程的时间项运用四阶Runge-Kutta法离散,从而将方程分解为4个计算步分别求解。在每一计算步对方程进行Steger-Warming近似因式分解,从而使涡量的计算在空间的两个方向上分别进行。对流项采用Chakravaythy-Oscher总变差减少(TVD)格式离散。流函数的Poisson方程运用Tschebyscheff SLOR方法交替方向迭代求解。运用该方法对突然起动圆柱和高雷诺数时弯曲薄翼的非定常有涡流动进行了数值模拟,并将计算结果与其它方法的计算结果和试验结果进行了对比,结果表明本方法具有精度高、数值稳定性好和计算效率高的优点。     

水泵水轮机全特性的新表达方式及复合工况计算

给出了一种新的水泵水轮机全特性的表达方式，在这种表达方式中单位参数（如单位力矩，单位转速及单位流量）是全特性曲线图中等开度线长度的函数。算例表明，该方法克服了原有特性曲线存在的多值性，使小开度区特性得到很好的表达，使有限开度特性与另开度特性之间有良好的衔接。应用该模型进行了为获得调压井涌浪极值的复合工况计算     

混流泵叶轮的正反问题迭代法设计及流动分析

提出了用正反问题迭代法设计混流泵叶轮的新方法。该方法能够有效地弥补传统方法设计叶片时轴面流动的计算仅满足流体连续方程的缺陷,同时考虑了叶片形状对轴面流场计算的影响。通过两类相对流面迭代求解流体连续方程与运动方程,完成设计叶轮的正问题计算。采用逐点积分法进行叶片骨线绘型,在轴面上加厚叶片,在保角变换平面内修圆叶片头尾部,完成反问题设计。正反问题迭代计算直至收敛,最终完成混流泵叶轮的设计。采用SIMPLEC算法,通过求解Navier-Stokes方程和RNGk-ε湍流模型方程,模拟了混流泵叶轮内的三维流场,获得了叶轮内的速度与压力分布。结果表明:正反问题迭代方法设计的叶片对于水流的控制能力增强,叶轮内部流动稳定,压力分布均匀,具有更优的水力性能。     

求解不可压三维湍流的隐式SMAC方法

该文基于SM AC(s im p lified m arker and ce ll)方法,发展了一种在任意曲线坐标系中求解三维粘性不可压湍流R eyno lds时均方程的全隐式数值方法。基本方程是以逆变速度为变量的R eyno lds时均动量方程和椭圆型压力Po isson方程,并采用标准k-ε湍流模型封闭方程组。压力Po isson方程用T schebyscheff SLOR方法交替方向迭代求解。R eyno lds时均动量方程、k方程和ε方程对流项均采用Chakravarthy-O sher TVD格式离散,该格式不但有助于提高数值稳定性,而且能有效消除网格扭曲较大的地方产生的非物理振荡误差。用自编程序对后台阶方腔流场进行了计算,计算结果和实验结果吻合较好。