目錄
前言
第1章　緒論1
1.1　引言1
1.2　水力機(jī)械流體力學(xué)概述3
1.2.1　工程現(xiàn)代流體力學(xué)概述3
1.2.2　水力機(jī)械現(xiàn)代流體力學(xué)概述5
1.2.3　水力機(jī)械流固耦合動(dòng)力學(xué)概述8
1.3　現(xiàn)代水輪機(jī)領(lǐng)域主要研究課題11
1.3.1　水輪機(jī)的非定常、瞬態(tài)流動(dòng)研究12
1.3.2　水輪機(jī)的空化、泥沙磨損與多相流研究13
1.3.3　水輪機(jī)的振動(dòng)、過渡過程和穩(wěn)定性研究14
第2章　混流式水輪機(jī)全流道定常及非定常湍流模擬16
2.1　定常及非定常流動(dòng)微分控制方程的有限體積法離散16
2.2　水輪機(jī)物理模型的建立及網(wǎng)格劃分18
2.3　計(jì)算邊界條件21
2.4　湍流計(jì)算模型22
2.4.1　標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型22
2.4.2　RNGk-ε模型23
2.5　水輪機(jī)性能預(yù)估24
2.5.1　能量性能預(yù)估模型24
2.5.2　空化性能預(yù)估模型25
2.5.3　原型混流式水輪機(jī)性能預(yù)估結(jié)果26
2.6　原型混流式水輪機(jī)三維定常湍流計(jì)算結(jié)果及分析27
2.6.1　蝸殼流場計(jì)算結(jié)果及分析27
2.6.2　導(dǎo)水機(jī)構(gòu)流場計(jì)算結(jié)果及分析30
2.6.3　轉(zhuǎn)輪流場計(jì)算結(jié)果及分析32
2.6.4　尾水管流場計(jì)算結(jié)果及分析40
2.7　原型混流式水輪機(jī)三維非定常湍流計(jì)算結(jié)果及分析45
2.7.1　引水部件流場隨時(shí)間的變化45
2.7.2　轉(zhuǎn)輪流道內(nèi)流場隨時(shí)間的變化46
2.7.3　尾水管內(nèi)非定常渦帶形態(tài)49
2.8　本章小結(jié)49
第3章　基于大渦和分離渦模擬的水輪機(jī)瞬態(tài)湍流模擬51
3.1　高級湍流模擬技術(shù)概述51
3.1.1　湍流理論發(fā)展概況51
3.1.2　湍流的數(shù)值模擬52
3.3　水力機(jī)械非定常流動(dòng)模擬方法60
3.3.1　水力機(jī)械葉輪中流體運(yùn)動(dòng)方程61
3.3.2　動(dòng)靜干擾的滑移網(wǎng)格技術(shù)62
3.4　不可壓縮非定常流動(dòng)控制方程的分離求解63
3.4.1　非定常流動(dòng)的SIMPLEC算法63
3.4.2　PISO算法64
3.5　基于大渦模擬的水輪機(jī)內(nèi)瞬態(tài)湍流場特性分析66
3.5.1　計(jì)算模型及數(shù)值實(shí)現(xiàn)66
3.5.2　計(jì)算結(jié)果及分析67
3.6　基于分離渦模擬的水輪機(jī)內(nèi)非定常流精細(xì)模擬73
3.6.1　計(jì)算模型及數(shù)值實(shí)現(xiàn)73
3.6.2　計(jì)算結(jié)果及分析73
3.7　本章小結(jié)78
第4章　基于混合模型的水輪機(jī)空化和泥沙磨損湍流場數(shù)值模擬80
4.1　水力機(jī)械中的多相湍流問題80
4.1.1　水力機(jī)械中的空化流動(dòng)及空蝕81
4.1.2　水力機(jī)械中泥沙磨損的固液兩相湍流83
4.2　常用的多相流計(jì)算模型概述85
4.2.1　多相流模擬方法85
4.2.2　VOF模型86
4.2.3　混合模型86
4.2.4　歐拉模型87
4.3　基于混合均勻多相流模型的水輪機(jī)空化湍流場數(shù)值模擬87
4.3.1　數(shù)值模擬方法87
4.3.2　計(jì)算結(jié)果及分析89
4.4　基于代數(shù)滑移混合模型的水輪機(jī)泥沙磨損湍流場數(shù)值模擬93
4.4.1　數(shù)值模擬方法93
4.4.2　計(jì)算結(jié)果及分析95
4.5　本章小結(jié)99
第5章　基于動(dòng)網(wǎng)格與重疊網(wǎng)格的槽道內(nèi)活動(dòng)導(dǎo)葉繞流數(shù)值模擬101
5.1　有運(yùn)動(dòng)邊界的非定常流動(dòng)研究現(xiàn)狀101
5.2　水力機(jī)組水力過渡過程概述103
5.2.1　水力過渡過程的概念104
5.2.2　導(dǎo)葉的合理控制104
5.3　動(dòng)網(wǎng)格與重疊網(wǎng)格技術(shù)106
5.3.1　動(dòng)網(wǎng)格模型簡介106
5.3.2　動(dòng)網(wǎng)格模型控制方程106
5.3.3　動(dòng)網(wǎng)格模型更新方法107
5.3.4　重疊網(wǎng)格技術(shù)簡介109
5.4　基于動(dòng)網(wǎng)格的槽道內(nèi)導(dǎo)葉不同關(guān)閉規(guī)律的數(shù)值模擬110
5.4.1　計(jì)算對象和網(wǎng)格設(shè)計(jì)110
5.4.2　邊界條件111
5.4.3　結(jié)果及分析111
5.5　基于動(dòng)網(wǎng)格的槽道內(nèi)導(dǎo)葉繞流水動(dòng)力特性大渦模擬131
5.5.1　計(jì)算對象和網(wǎng)格設(shè)計(jì)131
5.5.2　邊界條件132
5.5.3　結(jié)果及分析132
5.6　基于重疊網(wǎng)格的槽道內(nèi)導(dǎo)葉尾流水動(dòng)力特性數(shù)值模擬137
5.6.1　計(jì)算對象和網(wǎng)格設(shè)計(jì)137
5.6.2　邊界條件139
5.6.3　結(jié)果及分析139
5.7　本章小結(jié)144
第6章　基于浸入邊界法的水輪機(jī)導(dǎo)葉動(dòng)態(tài)繞流的大渦模擬146
6.1　浸入邊界法概述146
6.1.1　浸入邊界法的基本概念146
6.1.2　不可壓縮流體浸入邊界法和大渦模擬的結(jié)合149
6.2　湍流擬序結(jié)構(gòu)研究概述151
6.2.1　湍流擬序結(jié)構(gòu)概況151
6.2.2　流場中擬序結(jié)構(gòu)的識別方法153
6.3　全隱式耦合算法155
6.4　浸入邊界法在水輪機(jī)導(dǎo)葉動(dòng)態(tài)繞流模擬中的應(yīng)用155
6.4.1　槽道內(nèi)活動(dòng)導(dǎo)葉動(dòng)態(tài)繞流的IBM-LES模擬156
6.4.2　槽道內(nèi)雙列線性動(dòng)靜葉柵動(dòng)態(tài)繞流的IBM-LES模擬171
6.4.3　導(dǎo)水機(jī)構(gòu)雙環(huán)列非線性葉柵動(dòng)態(tài)繞流的IBM-LES模擬177
6.5　本章小結(jié)182
第7章　基于離散相顆粒流的水輪機(jī)內(nèi)泥沙磨損研究184
7.1　引言184
7.2　基于離散相模型水輪機(jī)內(nèi)泥沙磨損研究186
7.2.1　計(jì)算對象186
7.2.2　邊界條件與計(jì)算方法187
7.2.3　結(jié)果及分析189
7.3　混流式水輪機(jī)沖蝕-動(dòng)網(wǎng)格耦合泥沙磨損演化特性研究195
7.3.1　計(jì)算模型195
7.3.2　顆粒沖蝕-動(dòng)網(wǎng)格耦合模型196
7.3.3　數(shù)值模擬方法驗(yàn)證197
7.3.4　計(jì)算結(jié)果及討論199
7.4　本章小結(jié)208
第8章　基于DEM-CFD的水輪機(jī)內(nèi)泥沙磨損研究209
8.1　引言209
8.2　離散單元法與多物理場顆粒動(dòng)力學(xué)仿真軟件Rocky210
8.2.1　接觸力模型212
8.2.2　滾動(dòng)阻力模型214
8.3　水輪機(jī)泥沙顆粒流體系統(tǒng)DEM-CFD建模及仿真215
8.3.1　水輪機(jī)流體CFD計(jì)算215
8.3.2　水輪機(jī)泥沙顆粒離散元DEM計(jì)算215
8.3.3　水輪機(jī)DEM-CFD耦合計(jì)算217
8.4　結(jié)果及分析217
8.4.1　水輪機(jī)內(nèi)泥沙顆粒運(yùn)動(dòng)特性分析217
8.4.2　水輪機(jī)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)泥沙磨損分析220
8.4.3　水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪泥沙磨損分析223
8.4.4　水輪機(jī)尾水管泥沙磨損分析227
8.5　本章小結(jié)228
參考文獻(xiàn)229
附錄　槽道內(nèi)雙列線性動(dòng)靜葉柵繞流的IBM-LES模擬243
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