Новые численные модели гидродинамики турбомашин

• Автор: Авдюшенко, Александр Юрьевич
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 145 с. : ил.

Оглавление
Введение
Глава 1 Метод численного решения трехмерных задач динамики несжимаемой жидкости на подвижных сетках
1.1 Основные уравнения в случае подвижного конечного объема
1.1.1 Дифференциальная форма записи в декартовой системе координат
1.1.2 Интегральные законы сохранения для подвижного объема
1.1.3 Условие геометрической консервативности в интегральной форме
1.1.4 Условие геометрической консервативности в дифференциальной форме
1.2 Численный метод
1.2.1 Дискретизация уравнений для подвижного объема
1.2.2 Дискретное условие геометрической консервативности
1.2.3 Скорость движения грани ячейки
1.2.4 Метод вычисления объемов Vй и Г^±1у2, обусловливающий точное выполнение У ГК
1.2.5 Обобщение метода искусственной сжимаемости на подвижные сетки
1.3 Краевые условия на подвижной твердой границе
1.4 Стандартная к — е модель турбулентности на подвижных сетках
1.5 Верификация и валидация предложенного метода
1.5.1 Расчет однородного потока на подвижной сетке

1.5.2 Движение кругового цилиндра в покоящейся несжимаемой
вязкой жидкости
1.5.3 Моделирование переходных процессов в гидротурбинах
1.6 Ускорение решения нестационарных задач динамики несжимаемой жидкости
1.6.1 Подходы к ускорению решения нестационарных задач
1.6.2 Реализация геометрического распараллеливания
1.6.3 Результаты численных экспериментов
Глава 2 Численная модель переходных процессов в гидротурбинах
2.1 Проблемы, возникающие при моделировании переходных процессов в гидротурбинах
2.2 Основные уравнения гибридной модели
2.2.1 Уравнения Рейнольдса в форме интегральных законов сохранения для движущегося объема
2.2.2 Уравнения к — е модели турбулентности Кима-Чена в интегральной форме для движущегося объема
2.2.3 Уравнение вращения рабочего колеса
2.2.4 Модель упругого гидравлического удара
2.3 Краевые условия при совместном расчете течения в области
водовод-гидротурбина
2.3.1 Входная и выходная границы
2.3.2 Граница обмена между водоводом и НА
2.3.3 Остальные границы
2.4 Численный метод совместного решения уравнений модели переходного течения
2.4.1 Решение уравнений Рейнольдса
2.4.2 Решение уравнений упругого гидроудара
2.4.3 Численная реализация краевых условий
2.5 Результаты расчетов
2.5.1 Моделирование переходного режима пуска турбины

2.5.2 Моделирование течения в гидротурбине при закрытии лопаток направляющего аппарата
2.5.3 Сброс нагрузки с последующим выходом на холостой ход .
2.5.4 Траектории мгновенных режимов при различных переходных процессах
Глава 3 Метод расчета осевых и радиальных нагрузок на рабочее колесо гидротурбины в нестационарном потоке
3.1 Постановка задачи
3.2 Обзор существующих методик
3.2.1 Инженерно-эмпирическая методика определения осевых
нагрузок
3.2.2 Инженерно-эмпирическая методика определения радиальных нагрузок
3.2.3 Подходы, основанные па методах вычислительной гидродинамики
3.2.4 Моделирование течения в зазорах между РК и неподвижными частями гидротурбины с учетом биения РК
3.3 Методика определения полной гидравлической нагрузки на РК .
3.3.1 Определение нагрузки Иі от основного потока
3.3.2 Определение осевой составляющей нагрузки Иг
3.3.3 Определение радиальных составляющих нагрузок ¥2 и Гз
3.4 Улучшенная инженерно-эмпирическая методика определения радиальных составляющих нагрузок Г2 и Из
3.5 Результаты расчетов осевых и радиальных нагрузок
3.5.1 Режим максимальной мощности
3.5.2 Режим частичной нагрузки
3.6 Исследование течения в полости над ступицей и в разгрузочных отверстиях
Глава 4 Численная модель течения в гидротурбине с кольцевым затвором
4.1 Общая постановка задачи

ячеек дважды, а другие вообще ие учитываются. В нестационарной постановке и на движущихся сетках такой способ вычисления объемов ячеек приводит к появлению нефизических источников массы и импульса внутри расчетной области, накоплению ошибки с течением времени, и как следствие, неверным результатам расчета. В [57] сформулированы общие принципы выполнения (39) на основе метода неопределенных коэффициентов, однако предложенная там методика применима только к одномерным и двумерным задачам.
В настоящей работе предлагается следующий метод вычисления объемов, входящих в равенство (39).
Пусть объем Уцк образован вершинами с радиус-векторами
Объем ячейки У(-к вычислим как сумму объемов шести треугольных пирамид, имеющих общее ребро, соединяющее вершины х" • к и х”+1 -+1 к+1 (рисунок 2, а):
Согласно введенным обозначениям, объем У^!/2, заметаемый гранью 1/2 при ее движении за время Д^ = £п+1 — Ьп, образован вершинами

П+1 .„П+
і^,кі г^+І^+І’ і^,к+1*

Заметим, что обозначения вершин объема У^11^2 совпадают с обозначениями (42) вершин объема УА с точностью до замены индексов (-)”+] на индексы (-)Г1 (рисунок 2,6). Объемы У^х/2 вычисляются по той же формуле (43), в