本書采用現(xiàn)代計算流體動力學中的先進數(shù)值模擬方法，圍繞困擾水輪機領域安全高效穩(wěn)定運行的一些技術難題進行流動仿真，包括利用大渦模擬與分離渦模型研究水輪機內瞬態(tài)湍流特性，利用歐拉多相流模型與拉格朗日離散相模型研究水輪機內空化特性與泥沙固液兩相湍流場，利用非結構動網格技術研究槽道內導葉繞流水力特性，利用浸入邊界法與大渦模擬結合研究水輪機導葉動態(tài)繞流瞬變流動特性等，本書的研究對于改善水輪機的運行性能具有一定的參考價值。本書內容充實，結構清晰，圖文并茂。
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國家自然科學基金委工程與材料科學部函評專家，中國力學學會全國徐芝綸力學優(yōu)秀教師。
目錄
前言
第1章 緒論1
1.1 引言1
1.2 水力機械流體力學概述3
1.2.1 工程現(xiàn)代流體力學概述3
1.2.2 水力機械現(xiàn)代流體力學概述5
1.2.3 水力機械流固耦合動力學概述8
1.3 現(xiàn)代水輪機領域主要研究課題11
1.3.1 水輪機的非定常、瞬態(tài)流動研究12
1.3.2 水輪機的空化、泥沙磨損與多相流研究13
1.3.3 水輪機的振動、過渡過程和穩(wěn)定性研究14
第2章 混流式水輪機全流道定常及非定常湍流模擬16
2.1 定常及非定常流動微分控制方程的有限體積法離散16
2.2 水輪機物理模型的建立及網格劃分18
2.3 計算邊界條件21
2.4 湍流計算模型22
2.4.1 標準k-ε模型22
2.4.2 RNGk-ε模型23
2.5 水輪機性能預估24
2.5.1 能量性能預估模型24
2.5.2 空化性能預估模型25
2.5.3 原型混流式水輪機性能預估結果26
2.6 原型混流式水輪機三維定常湍流計算結果及分析27
2.6.1 蝸殼流場計算結果及分析27
2.6.2 導水機構流場計算結果及分析30
2.6.3 轉輪流場計算結果及分析32
2.6.4 尾水管流場計算結果及分析40
2.7 原型混流式水輪機三維非定常湍流計算結果及分析45
2.7.1 引水部件流場隨時間的變化45
2.7.2 轉輪流道內流場隨時間的變化46
2.7.3 尾水管內非定常渦帶形態(tài)49
2.8 本章小結49
第3章 基于大渦和分離渦模擬的水輪機瞬態(tài)湍流模擬51
3.1 高級湍流模擬技術概述51
3.1.1 湍流理論發(fā)展概況51
3.1.2 湍流的數(shù)值模擬52
3.3 水力機械非定常流動模擬方法60
3.3.1 水力機械葉輪中流體運動方程61
3.3.2 動靜干擾的滑移網格技術62
3.4 不可壓縮非定常流動控制方程的分離求解63
3.4.1 非定常流動的SIMPLEC算法63
3.4.2 PISO算法64
3.5 基于大渦模擬的水輪機內瞬態(tài)湍流場特性分析66
3.5.1 計算模型及數(shù)值實現(xiàn)66
3.5.2 計算結果及分析67
3.6 基于分離渦模擬的水輪機內非定常流精細模擬73
3.6.1 計算模型及數(shù)值實現(xiàn)73
3.6.2 計算結果及分析73
3.7 本章小結78
第4章 基于混合模型的水輪機空化和泥沙磨損湍流場數(shù)值模擬80
4.1 水力機械中的多相湍流問題80
4.1.1 水力機械中的空化流動及空蝕81
4.1.2 水力機械中泥沙磨損的固液兩相湍流83
4.2 常用的多相流計算模型概述85
4.2.1 多相流模擬方法85
4.2.2 VOF模型86
4.2.3 混合模型86
4.2.4 歐拉模型87
4.3 基于混合均勻多相流模型的水輪機空化湍流場數(shù)值模擬87
4.3.1 數(shù)值模擬方法87
4.3.2 計算結果及分析89
4.4 基于代數(shù)滑移混合模型的水輪機泥沙磨損湍流場數(shù)值模擬93
4.4.1 數(shù)值模擬方法93
4.4.2 計算結果及分析95
4.5 本章小結99
第5章 基于動網格與重疊網格的槽道內活動導葉繞流數(shù)值模擬101
5.1 有運動邊界的非定常流動研究現(xiàn)狀101
5.2 水力機組水力過渡過程概述103
5.2.1 水力過渡過程的概念104
5.2.2 導葉的合理控制104
5.3 動網格與重疊網格技術106
5.3.1 動網格模型簡介106
5.3.2 動網格模型控制方程106
5.3.3 動網格模型更新方法107
5.3.4 重疊網格技術簡介109
5.4 基于動網格的槽道內導葉不同關閉規(guī)律的數(shù)值模擬110
5.4.1 計算對象和網格設計110
5.4.2 邊界條件111
5.4.3 結果及分析111
5.5 基于動網格的槽道內導葉繞流水動力特性大渦模擬131
5.5.1 計算對象和網格設計131
5.5.2 邊界條件132
5.5.3 結果及分析132
5.6 基于重疊網格的槽道內導葉尾流水動力特性數(shù)值模擬137
5.6.1 計算對象和網格設計137
5.6.2 邊界條件139
5.6.3 結果及分析139
5.7 本章小結144
第6章 基于浸入邊界法的水輪機導葉動態(tài)繞流的大渦模擬146
6.1 浸入邊界法概述146
6.1.1 浸入邊界法的基本概念146
6.1.2 不可壓縮流體浸入邊界法和大渦模擬的結合149
6.2 湍流擬序結構研究概述151
6.2.1 湍流擬序結構概況151
6.2.2 流場中擬序結構的識別方法153
6.3 全隱式耦合算法155
6.4 浸入邊界法在水輪機導葉動態(tài)繞流模擬中的應用155
6.4.1 槽道內活動導葉動態(tài)繞流的IBM-LES模擬156
6.4.2 槽道內雙列線性動靜葉柵動態(tài)繞流的IBM-LES模擬171
6.4.3 導水機構雙環(huán)列非線性葉柵動態(tài)繞流的IBM-LES模擬177
6.5 本章小結182
第7章 基于離散相顆粒流的水輪機內泥沙磨損研究184
7.1 引言184
7.2 基于離散相模型水輪機內泥沙磨損研究186
7.2.1 計算對象186
7.2.2 邊界條件與計算方法187
7.2.3 結果及分析189
7.3 混流式水輪機沖蝕-動網格耦合泥沙磨損演化特性研究195
7.3.1 計算模型195
7.3.2 顆粒沖蝕-動網格耦合模型196
7.3.3 數(shù)值模擬方法驗證197
7.3.4 計算結果及討論199
7.4 本章小結208
第8章 基于DEM-CFD的水輪機內泥沙磨損研究209
8.1 引言209
8.2 離散單元法與多物理場顆粒動力學仿真軟件Rocky210
8.2.1 接觸力模型212
8.2.2 滾動阻力模型214
8.3 水輪機泥沙顆粒流體系統(tǒng)DEM-CFD建模及仿真215
8.3.1 水輪機流體CFD計算215
8.3.2 水輪機泥沙顆粒離散元DEM計算215
8.3.3 水輪機DEM-CFD耦合計算217
8.4 結果及分析217
8.4.1 水輪機內泥沙顆粒運動特性分析217
8.4.2 水輪機導水機構泥沙磨損分析220
8.4.3 水輪機轉輪泥沙磨損分析223
8.4.4 水輪機尾水管泥沙磨損分析227
8.5 本章小結228
參考文獻229
附錄 槽道內雙列線性動靜葉柵繞流的IBM-LES模擬243
彩圖
曾明霞 （2025/5/21 12:40:00）：推薦
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