Численное моделирование течений несжимаемой жидкости в аэрогидродинамических установках

• Автор: Лапин, Василий Николаевич
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 153 с. : ил.

Содержание
Введение

Глава 1. Постановка задачи.

1.1. Обобщенная форма записи моделей уравнений невязкого и

турбулентного течений

1.1.1. Уравнения в абсолютной системе координат

1.1.2. Уравнения в относительной системе координат.

1.1.3. Общая векторная запись основных уравнений в дифференциальной и интегральной формах.

1.2. Модели турбулентности.

1.2.1. Стандартная кг модель турбулентности.

1.2.2. Двухслойная кг модель турбулентности.

1.2.3. Метод крупных вихрей
1.3. Законы подобия и приведенные величины.
1.4. Краевые условия и сегментация области
1.4.1. Сегментация области.
1.4.2. Постановки задачи численного моделирования течений
в аорогидродинамических установках
1.4.3. Краевые условия в модели невязкого течения
1.4.4. Краевые условия для турбулентных течений. Метод пристеночных функций.
1.4.5. Задание давления в выходном сечении.
Глава 2. Численный метод.
2.1. Метод искусственной сжимаемости и конечных объемов
решения уравнений движения.
2.2. Метод решения уравнений моделей турбулентности
2.3. Численная реализация краевых условий
2.3.1. Реализация краевых условий для основных уравнений.
2.3.2. Численная реализация метода пристеночных функций
Глава 3. Тестовые расчеты
3.1. Турбулентное течение в плоском канале.
3.2. Турбулентное течение в плоском канале за обратным уступом.
3.3. Вязкое нестационарное обтекание кругового цилиндра
3.4. Закрученное течение в круглой трубе.
Глава 4. Моделирование течений в аорогидродинамических
установках
4.1. Расчеты стационарных течений в отдельных элементах
радиальноосевой гидротурбины
4.1.1. Течение в рабочем колесе
4.1.2. Течение в отсасывающей трубе
4.2. Совместные расчеты стационарных течений в направляющем аппарате, рабочем колесе и отсасывающей трубе радиальноосевой гидротурбины в циклической постановке
4.3. Расчеты стационарных течений во всем проточном тракте радиальноосевой гидротурбины в приближении замороженного колеса
4.4. Расчеты течений в радиальноосевой гидротурбине в полной
нестационарной постановке.
4.4.1. Режим неполной загрузки
4.4.2. Оценка области влияния прецессии вихревого жгута
4.4.3. Режим оптимального КПД.
4.4.4. Режим номинальной мощности.
4.4.5. Оценка КПД на основе численной модели невязкого течения.
4.5. Моделирование вихревого жгута методом крупных вихрей.
4.5.1. Моделирование вихревого жгута в коническом диффузоре.
4.5.2. Моделирование вихревого жгута в отсасывающей трубе
4.6. Расчеты течений в поворотнолопастной гидротурбине
4.6.1. Расчет течения во всем проточном тракте поворотнолопастной гидротурбины в приближении замороженного колеса
4.6.2. Моделирование зазоров
4.7. Течение в питательном насосе
4.7.1. Сегментация области течения и организация расчета
4.7.2. Рассчитанные режимы течения и анализируемые характеристики насоса.
4.7.3. Результаты расчетов
4.8. Расчеты течений воздуха в радиальном вентиляторе.
4.8.1. Исходная геометрия вентилятора и ее модификации
4.8.2 Структура потока в различных модификациях
вентилятора
Заключение
Список ЦИТИРУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ


Цель работы заключается в совершенствовании и расширении возможностей численного метода решения трехмерных уравнений динамики несжимаемой жидкости, предложенного в работе , путем повышения его точности и быстродействия, распространения на нестационарные пространственные задачи, решаемые в рамках различных постановок и моделей установлении на основе результатов численного моделирования базовых свойств пространственных течений в турбомашинах и влияния на них определяющих параметров решении практически важных задач о течениях в аэрогидродинамических установках. Научная новизна изложенных в диссертационной работе результатов заключается в следующем. Создана оригинальная система моделей, алгоритмов и программного инструментария, позволившая решать задачи численного моделирования пространственных невязких и турбулентных, стационарных и нестационарных течений в проточных трактах аэрогидродинамических установок. На основе вычислительных экспериментов выявлены новые особенности течений в аэрогидродинамических установках, определены индивидуальные свойства математических моделей и алгоритмов, указаны области их применимости в зависимости от характера изучаемых процессов и режимов работы. В том числе для расчета интегральных параметров режимов работы мощность, КПД динамических характеристик шумов, нестационарных нагрузок на элементы установки и локальных характеристик потока вихрей, кавитационных зон. Результаты диссертационной работы используются в проектных исследованиях в филиале Ленинградский металлический завод концерна Силовые машины. Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 работ , , , , , , в том числе в скобках в числителе указан общий объем этого типа публикаций, в знаменателе объем, принадлежащий лично автору 1 монография 2. ВАК для представления результатов докторских диссертаций . Личный вклад автора. В работе автор участвовал в постановке задач, конструировании численных алгоритмов решения основных уравнений, исследовании моделей турбулентности, им решены задачи о течениях в питательном насосе и вентиляторе. В публикации автор участвовал в разработке двухслойной модели турбулентности, осуществлял ее программную реализацию и апробацию. В работе автором реализован метод пристеночных функций для расчета турбулентных течений, им проведены вычислительные эксперименты. В публикациях , автору принадлежат конструирование и реализация алгоритмов решения нестационарных уравнений, обработка полученных результатов. В работе автор участвовал в постановке задач, им проведены вычислительные эксперименты, и анализ полученных результатов. ЮЛ. Грязин, С. Г. Черный, С. В. Шаров, ПЛ. Апробация работы. 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, четырех глав и заключения. Список литературы содержит наименований. Общий объем диссертации составляет 3 страницы, включая таблиц и рисунков. Обзор содержания работы. Во введении обосновывается актуальность работы, обсуждаются особенности изучаемого класса задач гидродинамики турбомашин, приводится обзор научной литературы по изучаемой проблеме, кратко излагается содержание диссертации по главам. Анализ моделей турбулентности для различных задач и особенности их реализации представлены в работах И. А. Белова, В. К. Бобышева, О. Ф. Воропаевой, Б. Б. Илюшина, С. А. Исаева, В. А. Коробкова, Д. В. Красинского, Кудрявцева, А. Ф. Курбацкого, В. В. Риса, Е. М. Смирнова, Г. Федоровой, Г. Г. Черныха, . Обсуждаются достоинства и недостатки двух подходов к описанию турбулентных течений моделей турбулентности, основанных на уравнениях Рейнольдса, и метода крупных вихрей. Несмотря на более высокую разрешающую способность метода крупных вихрей, отмечается сложность его применения для описания течений в реальных гидродинамических установках, изза высоких требований к вычислительным ресурсам. Проводится обзор работ, в которых рассматриваются вопросы моделирования пространственных течений в элементах турбомашин. Численный анализ особенностей таких течений представлен в работах Г.