湍流模型对水轮机压力脉动数值预测的比较.pdf

中国t程热物理学会 流体机械 学术会议论文 编号：067008 湍流模型对水轮机压力脉动 ． 数值预测的比较★ 钱忠东1杨建东1吴玉林2 (I．武汉大学水资源与水电工程科学国家荸点实验室，湖北武汉430072 2．清华大学热能工程系，北京100084) Tel：027 E—mail：．zdqian@whu．edu．cn k一占 模型，对模型水轮机全流道内的三维非定常湍流进行模拟，对导水机构及尾水管内的湍流压力脉动进 行分析，并与试验结果比较。分析结果表明：大涡模拟方法对湍流脉动的主体进行直接模拟，对强旋 k一占模型考虑了流体微 流有很好的适应性，能够准确预测水轮机全流道内的压力脉动；Realizable 团转动的影响．町定性分析水轮机内的压力脉动特征；标准k—s模型忽略r流体微团转动的影响， 对水轮机压力脉动的模拟结果误差较大． 关键词：混流式水轮机，压力脉动，湍流模型，数值模拟 随着大型水轮机的投入使用，水轮机的水力振动问题受到关注，已有的研究表明。 诱发水轮机水力振动的因素是多方面的It2l：1)同定部件与旋转部件之间的动一静干涉； 2)叶片绕流产生的卡门涡列：3)偏离最优工况条件下的尾水管涡带；4)空化流；5) 过渡过程中的暂态振动等。由于现象的复杂，模型试验受到客观条件的限制，很多学者 致力于水力振动的数值模拟研究。吴玉林等采用k—g模型对水轮机内的压力脉动进行 simulation) 分析，探讨了水力振动的形成机理【12】．；Paik等采用大涡模拟方法(Largeeddy 对水轮机尾水管内的流动进行模拟，取得了与实验相吻合的结果【3l；刘小兵等采用火涡 模拟方法对水轮机的压力脉动进行预测，但缺少相应的实验验证14J。 本文分别采用人涡模拟方法、标准k—g模型和Realizablek一占模型对模型水轮 机全流道内的非定常湍流进行模拟，分析导水机构和尾水管的压力脉动，并与试验结果 进行比较。从湍流模型构造出发，分析各流模型对水轮机压力脉动模拟的适应性。 1数学模型 ‘基金项目：水资源与水电工程科学国家重点实验室开放研究基金资助项目(2004C006) 作者简介：钱忠东(1976一)。男，博I：。江苏泰州人．武汉人学副教授． 17 水轮机内部的流动为高雷诺数湍流，由于转轮的旋转，流道内存在导水机构与转轮、 转轮与尾水管的动．静干扰，流态1}：常复杂，为了比较不同的湍流模型对水轮机内部流 动模拟的适应性，本文分别采用人涡模拟方法，标准七一g模型和Realizable七一占模 型进行模拟。 L 采用盒式滤波器对三维瞬态 刀程逝1]德1彼’1哥王u人渊1哭’M’芏巾。／J仕‘ 连续方程挈+昙(厩)=o (1) 0t Ox； 动量方程挈+挈-t二善+考【、售j+善 ．c? 模型。 ， 气：一要瓦吒+p心△)2蜀(2瓦孔y心 (3) 式中，△=(△。△：△3)l”。 j L 半均，得到H日列彤虱州拦剌／了往一： Reynolds 2孽氅黧N型sekot