Численные методы моделирования и оптимизации в гидродинамике турбомашин

Численные методы моделирования и оптимизации в гидродинамике турбомашин

Автор: Черный, Сергей Григорьевич

Шифр специальности: 05.13.18

Научная степень: Докторская

Год защиты: 2006

Место защиты: Новосибирск

Количество страниц: 300 с. ил.

Артикул: 3313698

Автор: Черный, Сергей Григорьевич

Стоимость: 250 руб.

Численные методы моделирования и оптимизации в гидродинамике турбомашин  Численные методы моделирования и оптимизации в гидродинамике турбомашин 

СОДЕРЖАНИЕ
Введение.б
Глава 1. Метод численного решения трехмерных задач
ДИНАМИКИ НЕСЖИМАЕМОЙ ЖИДКОСТИ.
1Л. Математические модели
1Л Л. Обобщенная форма записи основных уравнений
1Л.2. Модели турбулентности.
1 Л.З. Законы подобия и приведенные величины
1 Л.4. Краевые условия и сегментация области
1 Л.5. Постановки задачи численного моделирования течений
в турбомашинах.
1.2. Метод решения основных уравнений.
1.2.1. Метод искусственной сжимаемости
1.2.2. Неявная конечнообъемная аппроксимация модифицированных уравнений
1.2.3. Линеаризация.
1.2.4. Метод Шфакторизации решения линеаризованной системы уравнений.
1.2.5. Свойства метода
1.2.6. Численная реализация краевых условий
1.2.7. Выбор коэффициента искусственной сжимаемости 3.
1.3. Метод решения уравнений моделей турбулентности
1.3.1. Обобщенная запись замыкающих уравнений
1.3.2. Дискретизация уравнений.
1.3.3. Определение разностных потоков
1.3.4. Аппроксимация источникового члена Я.
1.3.5. Линеаризация
1.3.6. Метод Шфакторизации решения линеаризованного уравнения
1.3.7. Метод решения уравнений двухслойной кг модели турбулентности.
1.3.8. Численная реализация метода пристеночных функций
Глава 2. Геометрическая поддержка численного анализа
ТЕЧЕНИЙ.
2.1. Геометрическое моделирование элементов проточного тракта
турбомашин.
2.1.1. Восстановление поверхности по регулярному набору
сечений.
2.1.2. Восстановление поверхности по набору сечений в
общем случае.
2.2. Методика построения сеток
2.3. Обмен данными между сегментами.
Глава 3. Верификация метода расчета течений несжимаемой
жидкости
3.1. Обтекание пластины вязким ламинарным потоком жидкости
3.1.1. Продольное обтекание неподвижной пластины
3.1.2. Течение около пластины, внезапно приведенной в движение
3.2. Турбулентное течение в плоском канале
3.2.1. к 8 модели и с демпфирующими функциями для низких чисел Рейнольдса.
3.2.2. Двухслойная кг модель.
3.3. Турбулентное течение в плоском канале за обратным уступом
3.4. Обтекание кругового цилиндра.
3.4.1. Невязкое обтекание цилиндра
3.4.2. Вязкое стационарное обтекание цилиндра.
3.4.3. Вязкое нестационарное обтекание цилиндра.
3.5. О взаимосвязи между классическими моделями идеальной жидкости и численной моделью, построенной на основе уравнений Эйлера
3.6. Обтекание плоского крылового профиля идеальной жидкостью
под углами атаки
3.7. Вязкое ламинарное течение в изогнутом на канале
квадратного сечения.
3.8. Вязкое ламинарное течение в круглой трубе, изогнутой на .
3.9. Моделирование вихревых структур в замкнутой
цилиндрической банке
Глава 4. Моделирование течений в турбомашинах.
4.1. Течение в радиальноосевой гидротурбине.
4.1.1. Расчеты течения в рабочем колесе.
4.1.2. Расчеты течения в отсасывающей трубе.
4.1.3. Совместные расчеты направляющего аппарата, рабочего колеса и отсасывающей трубы в циклической постановке.
4.1.4. Совместный расчет течения в спиральной камере, направляющем аппарате, рабочем колесе и
отсасывающей трубе в полной постановке в приближении замороженного колеса
4.1.5. Расчет течения в полной нестационарной постановке
4.1.6. Моделирование вихревого жгута методом крупных вихрей.
4.2. Течение в поворотнолопастной гидротурбине.
4.2.1. Расчет течения во всем проточном тракте Волжской ГЭС в приближении замороженного колеса и уравнений Эйлера.
4.2.2. Моделирование зазоров
4.3. Течение в питательном насосе.
4.3.1. Сегментация области течения и организация расчета
4.3.2. Рассчитанные режимы течения и анализируемые характеристики насоса.
4.3.3. Результаты расчетов
Глава 5. Оптимизация формы лопасти гидротурбины
5.1. Общее описание алгоритма одноцелевой оптимизации
5.1.1. Постановка задачи
5.1.2. Схема решения
5.2. Параметризация лопасти.
5.3. Ограничения.
5.3.1. Ограничение на напор.
5.3.2. Кавитационное ограничение
5.4. Целевые функционалы.
5.4.1. кинетическая энергия в выходном сечении рабочего
5.4.2. 2 относительный размер области кавитации
5.4.3. 3 отклонение линий тока от осесимметричного потока
5.5. Алгоритмы поиска минимума функционала.
5.5.1. Постановка оптимизационной задачи
5.5.2. Детерминированный алгоритм ПОИСК.
5.5.3. Стохастический алгоритм i i .
5.5.4. Методическое исследование оптимизационных алгоритмов
5.6. Результаты расчетов одноцелевой оптимизации.
5.7. Многоцелевая оптимизация МО формы лопасти
гидротурбины
5.7.1. Описание алгоритма многоцелевой оптимизации
5.7.2. Тестовые расчеты.
5.8. Результаты расчетов многоцелевой оптимизации.
5.8.1. Двухцелевая оптимизация
5.8.2. Трехцелевая оптимизация
Заключение
Список ЦИТИРУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ


Предложены новые постановки задач численного моделирования трехмерных стационарных и нестационарных, невязких и турбулентных течений в турбомашинах, задач одноцелевой и многоцелевой оптимизации форм проточного тракта. Созданы новые эффективные численные методы решения трехмерных уравнений движения несжимаемой жидкости и уравнений моделей турбулентности на основе метода искусственной сжимаемости, конечных объемов и экономичного метода типа попеременнотреугольного обращения неявного оператора, имеющие второй порядок аппроксимации по времени и второй или третий по пространственным переменным. Разработаны численные алгоритмы решения задач одноцелевой и многоцелевой оптимизации и автоматического проектирования формы лопасти рабочего колеса гидротурбины. Получены теоретические и численные оценки эффективности разработанных численных методов и алгоритмов, проведена их верификация. На основе результатов численного моделирования установлены базовые свойства пространственных течений в гидротурбинах различного типа и питательном насосе при различных режимах их работы. Определены механизмы формирования прецессирующего вихревого жгута и его воздействию на течение вверх и вниз по потоку. Решен ряд конкретных задач оптимизации лопастей радиальноосевых гидротурбин с использованием оригинальных целевых функционалов, позволивших в рамках модели невязкой жидкости минимизировать гидродинамические потери. Личный вклад автора. В совместных публикациях по теме диссертации автору принадлежат постановка задачи, концепция исследования, разработка соответствующего алгоритмического и программного инструментария, общая методика проведения вычислительных экспериментов 4, 5, 6, 8, , , , , , , , , , , . В работах , автором выполнялись исследования моделей, конструирование численных алгоритмов и анализ результатов, относящихся к задачам гидродинамики несжимаемой жидкости. В работах, связанных с численным моделированием аспирации аэрозольных частиц , , , автор осуществлял постановку задачи, разработку численного алгоритма решения трехмерных уравнений НавьеСтокса несжимаемой жидкости, интерпретацию соответствующих результатов. В публикациях, посвященных решению задач оптимизации формы лопасти гидротурбины , 3, 4, 6 под руководством автора выполнялись постановка задач, конструирование алгоритмов, проведение вычислительных экспериментов и интерпретация результатов. Апробация работы. Всероссийских конференциях Теоретические основы и конструирование численных алгоритмов решения задач математической физики, посвященных памяти К. И. Бабенко Пущино, , Новороссийск, , Международной конференции Математические модели и методы их исследования Красноярск, , Международном семинаре Закрученные течения в энергетических и химических технологиях Норвегия, Трондхейм, , 3м и 4м Сибирских конгрессах по прикладной и индустриальной математике ИНПРИМ, Новосибирск, , , Международном симпозиуме Актуальные проблемы физической гидроаэродинамики Новосибирск, , Международной конференции Современные проблемы прикладной математики и механики теория, эксперимент и практика ЮЭАММ, Новосибирск, , Международной конференции Вычислительные технологии и математические модели в науке, технике и образовании ВТММ, Казахстан, Алматы, , Международной конференции по вычислительной механике и современным прикладным программным системам ВМСППС, Владимир, , Международных конференциях Вычислительные и информационные технологии в науке, технике и образовании ВИТ, Казахстан, УстьКаменогорск, , Алматы, , Всероссийской конференции Математика, информатика, управление Иркутск, , 1м КазахстанскоГерманском совещании по высокопроизводительным вычислениям Казахстан, Алматы, , м Международном симпозиуме по нестационарной аэродинамике, аэроакустике и аэроупругости турбомашин Москва, , обсуждались на семинарах в Институте вычислительных технологий СО РАН, Институте теоретической и прикладной механики СО РАН, Институте теплофизики СО РАН, Институте гидродинамики СО РАН. Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения. Список литературы содержит 1 наименование. Общий объем диссертации составляет 9 страниц, включая таблиц и 2 рисунка.

Рекомендуемые диссертации данного раздела

28.06.2016

+ 100 бесплатных диссертаций

Дорогие друзья, в раздел "Бесплатные диссертации" добавлено 100 новых диссертаций. Желаем новых научных ...

15.02.2015

Добавлено 41611 диссертаций РГБ

В каталог сайта http://new-disser.ru добавлено новые диссертации РГБ 2013-2014 года. Желаем новых научных ...


Все новости

Время генерации: 0.244, запросов: 244