Численное моделирование трехмерных турбулентных течений вязкой несжимаемой жидкости в лопастных гидромашинах

• Автор: Болдырев, Алексей Владимирович
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 207 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ОГЛАВЛЕНИЕ
ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
ВВЕДЕНИЕ
1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ ПО ИЗУЧАЕМОЙ ПРОБЛЕМЕ
1.1. Турбулентные течения в проточных частях лопастных гидромашин
1.2.Турбулентное течение в искривленных и/или вращающихся каналах
1.2.1 .Гидравлическое сопротивление
1.2.2 Структура течения
1.3. Турбулентное течение в кольцевых областях с вращающимися границами
1.4. Результаты численного моделирования
1.4.1 Искривленные и/или вращающиеся каналы и кольцевые области с вращающимися границами
1.4.2 Лопастные гидромашины
1.5. Выводы
2. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ В ПОСТАНОВКАХ ЗАДАЧ
2.1 Схемы течений и геометрические параметры
2.1.1 Турбулентное изотермическое течение в искривленном вращающемся канале
2.1.2 Осесимметричное турбулентное течение в замкнутых кольцевых областях с одной или несколькими вращающимися стенками
2.2 Обзор методов количественного описания турбулентности
2.3 Уравнения турбулентного движения жидкости
2.3.1 Переход к вращающейся системе отсчета
2.3.2 Уравнения Рейнольдса
2.4 Модели турбулентности
2.4.1 Линейная высокорейнольдсовая к-е модель турбулентности
2.4.2 Квадратичная высокорейнольдсовая к-е модель турбулентности
2.4.3 Модификация к-е модели турбулентности
2.5 Граничные условия
2.5.1 Граничные условия для проницаемых границ
2.5.2 Граничные условия для твердых стенок
2.6 Вычислительные аспекты задач
3. ТУРБУЛЕНТНОЕ ТЕЧЕНИЕ ВО ВРАЩАЮЩИХСЯ И/ИЛИ ИСКРИВЛЕННЫХ КАНАЛАХ И В КОЛЬЦЕВЫХ ОБЛАСТЯХ С ВРАЩАЮЩИМИСЯ ГРАНИЦАМИ
3.1 Турбулентное течение в прямых вращающихся каналах
3.2. Турбулентное течение в неподвижных искривленных каналах
3.3. Турбулентное течение в искривленных вращающихся каналах
3.4. Турбулентное течение в кольцевых областях с вращающимися границами
3.5. Выводы
4. ТУРБУЛЕНТНОЕ ТЕЧЕНИЕ В ПРОТОЧНОЙ ЧАСТИ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ НАСОСОВ
4.1 Исследование турбулентного течения в центробежном насосе в трехмерной постановке
4.2 Моделирование турбулентного течения в проточной части центробежного насоса в двухмерной постановке
4.3. Моделирование течения в проточной части герметичного центробежного насоса БЭН 221/1-ОС
4.4. Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
Ь - ширина канала;
С - различные постоянные;
Ст - меридиональная составляющая абсолютной скорости;
С5 - потерянная скорость;
Си - окружная составляющая абсолютной скорости;
Вг - гидравлический диаметр канала, Е>г = 4- БI П
Вк, ВЕ - диффузионные члены в уравнениях стандартной к-є модели турбулентности;
РК - вектор ускорения кориолисовой силы, Рк = -2 со х V;
Рц - вектор ускорения центробежной силы, Рц = Ю X (га X ®);
g - ускорение свободного падения (9,81 м/с2 );
II - напор насоса; коэффициенты Лямэ;
/г - высота канала;
к - кинетическая турбулентная энергия, к. = V’ V!/2;
К - число вращения, К = Яо1 = к ау/Ут;
ксопр - коэффициент сопротивления элемента проточной части насоса;
Ь - характерный поперечный размер канала, Ь = тт{Ь,Ь);
I - линейный масштаб турбулентности;
I - длина пути смешения;
Р - давление;
Р, Р' - давление, осредненное по Рейнольдсу, и пульсация давления;
Рк - генерация кинетической турбулентной энергии;

данные с воздухом, водой и метанолом при Р = 0,05 8-:-1,27 и Та* = 2 104 -г- б
чается, что при значительных тепловых нафузках закономерности течения и теплообмена могут нарушиться благодаря фавитационной конвекции.
Ю.А. Викульцевым [57] подробно исследована структура течения в кольцевой области с /5 = 0,369 и = 7,6 как при вращении только внутреннего или внешнего цилиндра, так и при совместном вращении цилиндров. Измеренные методом термоанемометра в пяти радиальных сечениях окружная скорость и среднеквадратичные значения пульсаций окружной скорости в диапазоне Ле = 2 104 ч- 6 104 показали следующее: 1) при совместном вращении цилиндров поле скорости не подчиняется законам твердого тела, а в течении выделяются два пристенных слоя и ядро, скорость в котором равна примерно половине величины со г; 2) хотя существенная осевая неоднородность при вращении внутреннего цилиндра имеет место лишь в узкой области у торцов (у/Н < ОД), течение в центральной части зазора еще нельзя считать как идеально одномерное; 3) наиболее однородный профиль скорости в осевом направлении наблюдался при вращении внешнего цилиндра, но даже при Ле = 2,4-104 поток разделялся на области ламинарного течения у внутреннего цилиндра и турбулентного течения - у внешнего. При этом уровень среднеквадратичных пульсаций у внутреннего цилиндра оказался 0,2%, а у внешнего цилиндра - 2%.
Экспериментальное исследование и расчет турбулентного течения в кольцевой области с соизмеримыми сторонами меридионального сечения и одним вращающимся торцом выполнен Чаи, Хассидом и Китом [58] при X = 1 = 1,25 и Р - 0,2. В эксперименте вода посредством вязкого взаимодей-
где число Тейлора определяется как Та* = Ле- Рв/Я . В [3] также отме-