水轮机槽道内导叶动态绕流水力特性大涡模拟分析-IngentaConnect.PDFVIP

第 33 卷 第 4 期 农 业 工 程 学 报 Vol.33 No.4 2017 年 2 月 Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering Feb. 2017 125 水轮机槽道内导叶动态绕流水力特性大涡模拟分析 1 2 1 2 黄剑峰 ，张立翔 ，杨 松 ，姚 激 （1. 云南农业大学水利学院，昆明 650201 ； 2. 昆明理工大学工程力学系，昆明 650500 ） 摘 要：为进一步探索水轮机导叶在调节过程中产生强瞬变流时水流和导叶间的非线性流固耦合机理，该文基于大涡模 拟和二维瞬态 N-S 方程，应用 ANSYS FLUENT 软件中的任意拉格朗日-欧拉动网格技术和非迭代时间推进格式对槽道内 导叶的关闭运动过程进行数值模拟，研究导叶绕流后的流场动态变化水力特性及涡激振动特性。结果表明：导叶关闭过 程中槽道内的压力场、速度场、涡量场呈现出明显的非定常特征；卡门涡频率约为水轮机转轮转频的 0.3 倍，极易诱发 低频压力脉动，随着关闭时刻的结束导叶后尾迹涡形态呈现出明显的卡门涡脱落过程；关闭过程中转动导叶的升、阻力 系数随时间表现出非线性动力响应特征。揭示了低频压力振荡的产生与导叶调节关闭动作后导叶尾部的卡门涡列有关， 卡门涡列诱发的非线性流激振动是影响水轮机水力稳定性和上游管道系统水力共振的主要因素。该方法可为有效模拟水 力机械瞬态非线性流固耦合问题提供参考。 关键词：水轮机；计算机模拟；模型；导叶；水力特性；涡激振动；动网格；大涡模拟 doi ：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.04.018 中图分类号：TK733.1 文献标志码：A 文章编号：1002-6819(2017)-04-0125-06 黄剑峰，张立翔，杨 松，姚 激. 水轮机槽道内导叶动态绕流水力特性大涡模拟分析[J]. 农业工程学报，2017，33(4)： 125－130. doi ：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.04.018 Huang Jianfeng, Zhang Lixiang, Yang Song, Yao Ji. Analysis on hydraulic characteristics of dynamic flow around vane in channel using large eddy simulation[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2017, 33(4): 125 －130. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.04.018 问题中，物体运动和表面变形受流体作用力控制，流场 0 引 言 内网格的运动规律难以事先预测，常会出现品质优良的 流固耦合效应是水轮机叶栅绕流流致动力响应的一 初始网格计算不久就引起局部网格严重扭曲的情况，最 个重要特征，这里的流固耦合是指浸没在流体中的固体 终导致计算失败。应用动网格技术对控制方程也有特别 与流体之间产生的“相互反馈”作用。翼型导叶绕流是 要求，为了应用动网格技术，需要从常见的空间坐标位 强非线性瞬变湍流，难以用理论解析的方法获得