三维数值模拟分析不完全蜗壳内部流动

"不完全蜗壳内部的三维流动分析——基于数值模拟的水轮机性能优化" 本文探讨了不完全蜗壳内部的三维流动特性，旨在改善水轮机的性能。作者郑小波、罗兴锜和郭鹏程来自西安理工大学水利水电学院，他们利用现代计算技术和数值模拟方法对这一主题进行了深入研究。随着科技的进步，数值模拟已经成为优化水轮机设计不可或缺的工具，特别是在减少试验成本和缩短设计周期方面。 文章中提到，蜗壳作为水轮机的关键过流部件，其内部流动状态直接影响水轮机的效率和性能。通过对蜗壳内部流场进行数值模拟，可以更直观地了解流动特性，从而进行必要的优化。作者采用了SIMPLE算法，解决了三维雷诺平均的Navier-Stokes（N-S）方程，并选择了标准的k-ε紊流模型。这种模型特别适用于描述接近边壁区域的复杂流动行为，而采用非结构化网格则能更好地适应蜗壳几何形状的复杂性。 研究的重点是单支墩和双支墩不完全蜗壳的流动情况，通过改变支墩形状，分析了支墩对蜗壳内部速度场、压力分布、蜗壳出口角以及蜗壳效率的影响。这些参数的变化可以为设计提供关键信息，有助于优化蜗壳的几何结构，从而提升水轮机的整体性能。 在前言部分，作者指出传统的实验方法在研究蜗壳内部流场时面临高成本、长时间周期的问题，而数值模拟则能有效地解决这些问题，已经成为流体机械领域，特别是水轮机设计中的主流工具。已有研究表明，数值模拟技术和CFD（计算流体动力学）优化技术在水轮机进出口流道分析上已得到广泛应用。 文章的流动模型和计算方法部分，详细介绍了采用的基本方程，即N-S方程，以及处理紊流脉动效应的Boussinesq假设。通过时间平均处理瞬时速度，得到的连续方程和动量方程可以揭示蜗壳内部流动的规律。此外，文中还提到了修正后的压力项和粘性应力项，这些都是描述流体流动的关键参数。 这篇论文提供了关于不完全蜗壳三维流动的深入洞察，对于水轮机设计者和研究人员来说，这些结果不仅可以用来优化现有设计，还可以为未来新型水轮机的设计提供理论支持和参考。