应用FLUENT研究电站外部流场

论文摘要

由于电站的结构比较复杂,周围流场多变,因此从水动力的角度开展电站周围水体流动分析的研究,特别是特征流速的流场研究,有重要的理论意义和实用价值。本文利用计算流体力学软件FLUENT计算了电站外部流场,为电站建造方案研究提供了基础,具有一定的理论意义和较大的实用价值,对水利工程研究有积极意义。对水流绕过电站的流动问题采用方柱绕流进行计算。数值计算中,采用了非结构化网格对流动区域进行网格划分,可以方便地作自适应计算,合理分布网格疏密,提高计算精度。利用有限体积法对方程进行离散,并采用SIMPLE算法进行耦合求解。入口处边界条件采用Dirichlet条件,出流边界条件采用Neumann条件,对壁面附近的流动进行特殊的处理,采用了壁函数方法。采用RNG k-ε湍流模型进行数值计算,成功地模拟了三种特征流速情况时电站外部流场,即进口边界流速分别为0.5m/s、2m/s和4m/s时的流速和压力分布以及升力和阻力系数变化曲线。并与文献结果进行比较,本文结果与方柱绕流的速度矢量分布以及方柱后面绕流形成的回流区规律一致。成功地模拟出了尾涡的周期发放、演化和传播的结构特性及其阻力特性。对于不同进口边界流速情况下,尾涡的形态会随流速的变化而产生一定的变化。当流速较低时,尾涡会拖得比较长,随着流速的增加,尾涡长度会随之缩短。对电站结构的不同部位在不同进口边界流速情况的压强分布进行分析,提出了电站结构边界的压强分布及其规律,可以有效的指导电站的结构分析。电站的迎流面的水流压强分布是不均匀的;导流罩的中间部分受水流的压强较大。对电站的顺流面,水流压强分布基本是均匀的。对导流罩的两侧的压强分布,压强为负压强,且有较大的变化。结果表明,本文模型可以成功地模拟电站外部流场的不稳定、非定常和剧烈分离流动,为工程研究提供了理论依据。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 工况介绍
• 1.3.1 海域条件分析
• 1.3.2 选址的影响因素分析
• 1.3.3 电站选址
• 1.3.4 流速分布情况
• 1.4 本文的主要工作
• 第2章 FLUENT软件介绍与应用
• 2.1 引言
• 2.2 GAMBIT简介
• 2.3 FLUENT解算器简介
• 2.4 FLUENT求解器简介
• 2.5 Fluent在课题研究中的应用
• 第3章 基本理论与数值方法
• 3.1 引言
• 3.2 控制方程
• 3.2.1 Navier-Stokes方程
• 3.2.2 RANS方程
• 3.2.3 湍流模型
• 3.3 边界条件
• 3.4 数值方法
• 3.4.1 网格生成
• 3.4.2 方程离散
• 3.4.3 求解算法
• 3.5 小结
• 第4章 电站外部流场的数值模拟
• 4.1 问题的描述与数值方法
• 4.2 边界条件与初始条件
• 4.3 计算结果与分析
• 6）的情况'>4.3.1 进口边界流速为0.5m/s（Re=3.5×10⁶）的情况
• 7）的情况'>4.3.2 进口边界流速为4m/s（Re=2.8×10⁷）的情况
• 7）的情况'>4.3.3 进口边界流速为2m/s（Re=1.4×10⁷）的情况
• 4.4 模型分析
• 4.5 方柱界面的压强分布分析
• 4.6 小结
• 第5章 结论和展望
• 致谢
• 参考文献