水平轴潮流水轮机转轮尾流特性数值分析

针对潮流水轮机转轮尾流对机组之间水力性能的干扰问题,利用CFD分析软件Fluent对单个水平轴潮流水轮机转轮模型和10倍转轮直径间距下的两台机组模型在额定流速条件下进行三维流场的数值模拟。结果表明,在水轮机转轮旋转平面内不同半径位置处的尾流流速恢复情况明显不同,离旋转轴线越远,尾流流速恢复越快,其流速亏损也越少;当水轮机组之间串列布置,且来流方向与旋转平面垂直情况下,下游机组运行受上游机组转轮的尾流影响较大,应尽量避免该布置方式。     

单桩结构的潮流能水轮机尾流流场分析

为降低潮流能水轮机尾流效应对机组间距的影响,合理布置水轮机位置,通过数值模拟和水槽实验的方法对具有单桩支撑结构的潮流能水轮机尾流流场进行研究,在此基础上分析具有单桩支撑结构和不同安装高程对潮流能水轮机尾流流场的影响。结果显示:数值模拟与水槽试验总体上数值模拟与实验结果的趋势具有一致性;单桩结构对纵向近尾流场造成影响,会产生一个谷值突变;安装高程越高则导致沿转轮中心直线处的流速恢复越快。     

应用激面模型潮流能水轮机的数值模拟

为了减少潮流能水轮机模型流场计算所需的网格数并提高透平近尾流区流场的精度,在潮流能水轮机流场数值计算中引入激面模型。通过数值计算获得与实验一致的潮流能水轮机用水翼不同攻角下沿弦长的压力分布,应用二维激面模型模拟攻角为10.8°时水翼周围流场的压力分布与翼型结构模型数值计算结果相吻合。在此基础上将二维激面模型扩展成三维激面模型,分析三叶片潮流能水轮机的水动力性能与近尾流场结构,结果显示:应用三维激面模型计算获得的透平水动力性能与实验结果和激盘模型结果基本一致;在计算域网格数相近的情况下,激面模型获得较激盘模型更详细的潮流能水轮机近尾流场。结果证明了激面模型的优越性,并可应用于潮流能水轮机水动力性能及流场计算。     

基于致动盘的潮流能水轮机尾流场研究

相比于三维CFD叶片真实模拟,致动盘方法将水轮机简化为流场中分布有作用力的核心区域,所需网格大大降低,节省了计算资源和计算时间。文章介绍了一种精度适中、计算成本较低的潮流能水轮机CFD致动盘数值模拟模型,将动量理论与CFD方法相结合,通过致动盘来模拟水轮机对流场的作用,通过求解Navier-Stokes方程获得尾流场。对比基于致动盘理论的数值模拟结果与真实水轮机的水槽实验数据,结果表明,致动盘数值模拟在远尾流处的结果比近尾流处更加接近实验值,致动盘方法很容易捕捉到远尾流的流场情况。研究结果可为潮流能大规模利用的数值模拟提供依据和参考。     

基于聚光集热和脉动风压的定日镜群模拟研究

太阳辐射量和风荷载会直接影响光热电站的持续发电量。文章根据新疆哈密地区中电淖毛湖光热电站的实际环境情况,建立定日镜群的三维数值模型,对不同季节太阳辐射和迎风仰角下镜群的受热情况及流场特性开展数值模拟,分析获得风在不同入射角下镜面耀斑分布情况和脉动风压系数。结果表明：模拟所得镜群阻力系数和升力系数与相关研究结果较为吻合,验证了所建模型的有效性;不同季节下耀斑的分布规律较为相似,主要取决于太阳方向角的变化;随着风入射角的增大,镜群的尾流区域呈先减小后增大趋势;由于定日镜镜群中的尾流可有效抑制风压,结合镜群的排布方式保证内部的稳定性,其中,正五边形定日镜的中心处保持较低的脉动风压,极大提高了镜面受力均衡性。     

柴油机DPF孔道气相流场及噪声特性分析

利用数值模拟(CFD)软件建立柴油机微粒捕集器(DPF)孔道三维模型,对孔道内气体流动情况进行计算;通过建立加装DPF的一维整机仿真模型,结合孔道流场分布特性,分析不同转速工况下DPF载体及加载不同碳烟量对其噪声特性的影响.结果表明:各入口流速下,流速分布在DPF进气孔道内呈现从中心径向递减、从始端轴向递减趋势,且后段...     

基于CFD技术的旋流泵优化设计与试验研究

为了提高旋流泵的扬程与效率,基于雷诺时均Navier-Stokes方程和标准k-ε湍流模型,应用三维无结构四面体网格及Simplec算法,利用计算流体力学软件Fluent对3种不同高度差叶片旋流泵的水力性能进行了数值模拟,得到其内部流场的速度分布和压力分布情况,揭示了旋流泵在不同叶片高度时的运动规律,并对数值模拟结果进行了试验验证.结果表明:旋流泵内部存在较强的纵向旋涡和轴向旋涡,高低叶片可以改善旋流泵内部的流动情况,提高旋流泵的扬程与效率.试验研究证明了模拟结果的正确性,当旋流泵叶片的高度相差8%左右时,扬程提高0.15 m,效率提高约3%.     

两种新修正工程模型对多台风力机尾流数值模拟分析

基于Park模型尾流区线性膨胀假设、径向风速呈高斯分布和多项式分布假设,提出两种新的修正工程尾流模型Park-Gauss模型和Park-polynomial模型,并对两台风力机全尾流和偏尾流效应进行数值模拟研究。分别对Park模型、2D Jensen模型、Park-Gauss模型以及Park-polynomial模型进行对比研究。经过与LES数值结果比较,结果表明,新修正的Park-Gauss模型可很好模拟全尾流效应,其计算精度要优于Park模型、2D Jensen模型以及Park-polynomial模型;Park-Gauss和Park-polynomial模型均能比较好地模拟偏尾流效应,但Park-polynomial模型更优于前者;两种新的修正工程尾流模型在精度上不仅与LES结果接近一致,而且在径向分布上也更符合真实流场。     

NREL 5 MW风力机气动特性的数值模拟研究

以NREL 5 MW风力机为研究对象,忽略风轮的仰角和锥角,采用CFD数值模拟方法并选用SST湍流模型研究均匀来流条件下不同风速时风力机的输出功率,并与FAST软件的计算结果进行比较。分析叶片展向不同截面的压力分布和径向速度流场,讨论风力机尾流场速度和湍动能的变化规律。研究结果表明,沿着叶片展向自叶根至叶尖,吸力面压力逐渐降低,低压区覆盖面积逐渐增大;压力面压力逐渐升高,前缘与尾缘附近压力增幅较大。风穿过风轮能量被大量吸收,风轮对来流的阻塞作用主要集中在近尾流区。风轮后随着流体从近尾流区运动到远尾流区湍动能逐渐减小。     

南迪普电站排水口三维数值模拟及体型优化

通过对南迪普电站排水口排水过程的三维数值模拟,获得了虹吸井中水位、溢流堰泄流能力、排水明渠中流速分布等水力特性,与模型试验结果相比较吻合,表明数值模拟方法用于虹吸井排水可行。在此基础上,针对原设计方案中虹吸井溢流堰泄流偏于一侧、流速分布不均匀及回流等缺陷,采用迷宫堰取代原方案的折型堰,经三维数值模拟计算表明堰上过流量可满足要求泄量,堰后流速分布基本均匀对称且回流强度和范围大大减弱。     

基于Fluent的辫状水槽水流三维数值模拟

为研究辫状河道水流运动规律,应用计算流体力学Fluent软件,基于Realizable κ-ε湍流模型及水气二相流流体体积函数法(VOF)模型,建立了辫状水槽水流的三维数学模型,模拟了辫状水槽4种工况下不同尺寸的流场分布,并对比分析了数值结果与实测资料。结果表明,数值模拟能较好地反映流场分布规律;支槽分离区的尺寸与支槽宽度、水深位置及支槽中间沙岛长宽比相关。     

基于动网格对风力机尾流的数值模拟

为了更真实地分析风机尾流流场,尽量减小尾流影响,提高风电场输出功率及效益,提出一种利用动网格技术进行风场优化的新方法。针对1.5 MW风力机叶片旋转区域进行动态网格化求整个流道内的尾流场,同时利用CFD方法与致动盘理论相结合的方法对单个风力机远尾迹区的流动状况进行数值模拟。利用两种计算方法对单台风力机的尾流区域进行计算,获得单台风力机尾流中风轮中心的轴向速度分布及风力机下游不同位置处的流场分布,并与改进Jenson模型结果进行对比分析,表明该动网格方法能较好地捕捉尾流的流场特性,由于新的尾流计算模型考虑叶片真实旋转对尾流影响,准确捕捉风机尾流中产生大小不同尾漩涡,合理捕捉尾流恢复率及尾流半径的变化规律,因此可作为工程开发有效工具,为分析风机尾流流场及风电场风机布置提供一定参考。     

不同荷载管道车弯管启动时环隙流场数值模拟

为研究不同荷载条件下管道车在弯管启动时环隙流场的分布，采用数值模拟结合物理模型试验验证的方法研究不同荷载管道车水平弯管启动时环隙流场。结果表明，荷载的增加不会改变缝隙流场流速的整体分布规律，仅仅改变缝隙流场流速数值的大小；不同荷载条件下，水平弯管内管道车缝隙流场轴向流速从管道内壁到管道车外壁有先增大后减小的规律。周向流速在管道车缝隙流入口断面处和车中断面处分布较为均匀，但在缝隙流出口断面处出现密封盖两侧流速相反分布。径向流速越远离支撑体和密封盖分布越均匀，且在管道车缝隙流出口断面支撑体处出现流速明显增大现象。该研究解释了环状缝隙流场分布规律形成原因，获得了不同荷载管道车在弯管处启动时缝隙流场的流速分布规律。在完善丰富环状缝隙流理论的同时，为筒装料管道水力输送的应用提供了理论依据。     

管道排沙系统吸泥头优化设计及区域流场数值模拟

为实现管道排沙系统持续高效排沙,利用RNGκ-ε双方程紊流模型对吸泥头附近区域流场进行三维数值模拟,建立吸泥头区域水力特性分析计算模型,揭示不同吸泥头形式及布置方式下的流场分布规律,寻求高排沙效率的吸泥头形式。结果表明,保持吸泥头与排沙管道的连接口贴近泥面,有利于吸泥头下方高流速区的塑造;吸泥头高度一定,存在一个适宜的吸泥头口径使得其吸泥效果最佳;选择合理的吸泥头形式,减小排沙管道流速或增大吸泥头离地距离,吸泥头仍可保持较高的吸泥效率。研究结果为管道排沙系统在水库清淤工程的应用提供参考依据.     

内置式加热器的凝汽器喉部的三维数值研究

采用SIMPLE算法和k-ε模型,对一凝汽器喉部建立数值模型。对低压加热器在凝汽器喉部不同布置形式、不同布置位置进行了三维的数值模拟,得到喉部流场的速度分布情况。表明无论低加在凝汽器喉部采取何种布置形式,都会对喉部流场的速度分布的不均匀性产生极大影响;在扩散角的影响下,低加横向布置速度流场的均匀性略优于纵向布置;低加布置在较低的位置的出口流场相对来说要好一些,通过改变低加布置高度对流场的改善效果不大。     

基于FLUENT的贯通型鱼巢砌块水力特性研究

研究鱼巢砌块在不同河流流速下的水力特性,对鱼巢砌块的设计与应用具有重要意义。鉴于目前鱼巢砌块水力特性研究较为薄弱的现状,以一种贯通型鱼巢砌块为例,通过三维数值模拟方法,结合目标保护鱼类的行为习性,探讨不同工况下贯通型鱼巢砌块水力特性,并与物理模型试验结果进行比较。结果表明,鱼巢砌块数值模拟结果与模型试验结果吻合良好,不同工况下鱼巢砌块流态、流速场分布基本相似,即鱼巢砌块内部最大流速虽然随主流流速的增大而增大,但始终小于目标保护鱼类的极限游速,满足鱼类进出砌块的需求;砌块内部流场仅在大流速工况下存在较明显的旋涡区,且最大旋涡尺度始终小于目标鱼类体长,不会对鱼类造成伤害;砌块内部局部最大紊动能随主流流速的增大而增大,但最大值始终小于0.050 m²/s²,属于低紊动能区,适合作为鱼类的休憩场所。     

基于Park-Gauss模型的风场尾流数值模拟

基于Park模型尾流区线性膨胀假设和径向风速呈高斯分布假设,提出一种新型工程尾流模型Park-Gauss模型,对单台风力机尾流场进行数值模拟研究。采用两种初始尾流半径(风轮半径和紧靠风轮下游处的尾流半径),分别对Park模型、2D Jensen模型以及Park-Gauss模型进行对比研究。经过与风场实测数据和风洞试验的比较,结果表明:以紧靠风轮下游处的尾流半径作为初始尾流半径会明显提高尾流场的预测精度;新提出的ParkGauss模型计算精度优于2D Jensen模型和Park模型;Park-Gauss模型可很好模拟尾流区的风速,不仅在精度上与试验结果接近,而且在径向分布上也更符合真实流场。     

风机尾流的流场特性实验研究

利用七孔探针流场测试技术,分别对有侧滑角和无侧滑角风机缩比模型的尾流区进行测量,得到尾流效应影响区的测试结果,以及侧滑角对尾流的偏转影响。给尾流数值模拟提供数据参考,并为风场布机方案研究提供技术支持。     

加装短叶片离心叶轮的参数优化及实验研究

利用NUMECA 软件对 C4-73No.8D型离心风机进行了叶轮内部流场的三维数值模拟和流动分析,发现在叶轮出口处存在着明显的射流-尾流结构.为削弱这一结构对风机性能的不良影响,对风机叶轮进行了加装短叶片的数值模拟,依据叶轮流场的改善情况,确定了短叶片的优化参数,并在此基础上,进行了风机性能的对比性实验.结果表明,改进后的风机全压明显提升,其额定工况下的效率有所提高,高效区有小幅加宽.     

基于SPIV的风力机叶尖涡与尾流流场相关性研究

采用三维粒子图像测速方法(SPIV),研究两种不同尖速比下的水平轴风力机叶尖涡演变过程及尾流速度流场特性。通过锁相技术,首次实现风力机下游远至2.7倍直径范围内的尾流数据采集,完整揭示叶尖涡发展湮灭的过程及其对尾流流场的影响。尾流轴向速度呈先减小至最大尾流衰减率后再逐渐恢复的规律,且发生该最大衰减率的位置与叶尖涡的运动密切相关;分析叶尖涡对尾流速度恢复的阻滞作用,提出以叶尖涡"交替跳跃"现象作为风力机近、远尾流区分界点标志的依据;在此基础上推导风力机近尾流区长度的计算公式。