三维水翼叶顶间隙流动特性分析与控制研究

论文摘要

轴流式水力机械由于叶轮转子与外缘边壁之间存在间隙,因此不可避免的产生间漏这会降低机组的效率与稳定性,同时会引起压力脉动与空化。由于轴流式水力机械流场结构的复杂性，木文从简单的三维水翼出发展开叶顶间隙流动特性与间隙泄漏控制的数值模拟研究。主要内容包括:（1）比较了不同湍流模型下叶顶间隙泄漏流动的数值计算结果,并与实验进行了对比,发现经过曲率修正的SST-CC模型在间隙泄漏涡的长度预测上具有一定优势,―与实验结果吻合更好。讨论了个同涡识别准则下的涡核位置与三维结构,其中Q准则与λ2准则具有一致性,能够较好的捕捉间隙流动的涡结构。（2）对不同几何形状与工况下的间隙泄漏流场进行分析,发现主要存在泄漏涡、分离涡与诱导涡等涡结构,但在不同的间隙流场中存在一定差异。其中直角翼型较圆角翼型具有更为明显的分离涡结构,特别是在大间隙下堵塞效应更强,泄漏理较低。同样,不同间隙宽度下的间隙涡结构也有所不同,并存在—间隙宽度使得泄漏涡强度最大,空化发生的可能性最高。另外,翼型攻角是引起翼型正背面压差变化的重要因素,泄漏涡发展轨迹与强度也随之改变,并存在一合适的攻角使得升阻比最大。在不同流速下的间隙泄漏量与入口流量基本保持一定比例,且在速度较小时泄漏涡的发展变化较快。（3）基于刻槽形状、刻槽位置与后缘倾斜角度、刻槽深度与宽度几方面展开间隙泄漏控制讨论。与C形槽相比,矩形槽在小间隙工况下能够显著减小间隙池漏量与泄漏祸强度,控制效果更强。并以矩形槽为例得出最优刻槽方案。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
•   1.1 研究背景及意义
•   1.2 间隙泄漏流动特性研究现状与进展
•     1.2.1 叶顶间隙泄漏流与间隙涡空化的理论模型研究
•     1.2.2 叶顶间隙泄漏流与间隙涡空化的试验研究
•     1.2.3 叶顶间隙泄漏流与间隙涡空化的数值模拟研究
•   1.3 间隙泄漏控制研究现状与进展
•   1.4 本文主要研究内容
• 2 湍流模型与空化模型
•   2.1 湍流模型
•     2.1.1 雷诺时均（Reynolds averaged Navier-Stokes,简称RANS）方法
•     2.1.2 涡解析模拟（Eddy-Resolving Simulation,简称ERS）方法
•   2.2 空化流动计算
•     2.2.1 空化流动计算概述
•     2.2.2 涡模型
•     2.2.3 空化模型
• 3 间隙涡流流场分析
•   3.1 NACA0009 翼型算例
•     3.1.1 计算模型
•     3.1.2 网格划分与边界条件设置
•     3.1.3 计算结果验证
•   3.2 间隙泄漏涡识别方法比较
•     3.2.1 涡核位置的识别
•     3.2.2 间隙涡三维结构识别
•   3.3 间隙涡流场分析
•     3.3.1 不同涡结构
•     3.3.2 不同截面处的涡流参数分布
•     3.3.3 涡量输运方程
•   3.4 本章小结
• 4 翼端间隙涡流流场特性研究
•   4.1 不同翼端形状的流场特性
•   4.2 不同间隙宽度下的流场特性
•   4.3 不同翼型攻角下的流场特性
•   4.4 不同入口流速下的流场特性
•   4.5 本章小结
• 5 不同刻槽方案下的间隙泄漏控制分析
•   5.1 刻槽形状对间隙泄漏控制的影响
•   5.2 刻槽位置与后缘倾斜角度对间隙泄漏控制的影响
•   5.3 刻槽深度与宽度对间隙泄漏控制的影响
•   5.4 本章小结
• 6 总结与展望
•   6.1 总结
•   6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间主要研究成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 王晨

导师: 罗兴锜

关键词: 三维水翼,间隙流场,泄漏涡,空化,流动控制

来源: 西安理工大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 地球物理学,水利水电工程

单位: 西安理工大学

基金: 国家自然科学基金项目(51527808)

分类号: TV136

总页数: 86

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