Введение
Глава 1 Метод численного решения трехмерных задач динамики несжимаемой жидкости на подвижных сетках 20
1.1 Основные уравнения в случае подвижного конечного объема 21
1.1.1 Дифференциальная форма записи в декартовой системе координат 21
1.1.2 Интегральные законы сохранения для подвижного объема 22
1.1.3 Условие геометрической консервативности в интегральной форме 23
1.1.4 Условие геометрической консервативности в дифференциальной форме 24
1.2 Численный метод 26
1.2.1 Дискретизация уравнений для подвижного объема 26
1.2.2 Дискретное условие геометрической консервативности 27
1.2.3 Скорость движения грани ячейки 27
1.2.4 Метод вычисления объемов, обусловливающий точное выполнение УГК 30
1.2.5 Обобщение метода искусственной сжимаемости на подвижные сетки 33
1.3 Краевые условия на подвижной твердой границе 37
1.4 Стандартная - модель турбулентности на подвижных сетках 38
1.5 Верификация и валидация предложенного метода 39
1.5.1 Расчет однородного потока на подвижной сетке
1.5.2 Движение кругового цилиндра в покоящейся несжимаемой вязкой жидкости 41
1.5.3 Моделирование течения в гидротурбине при закрытии лопаток направляющего аппарата 46
1.6 Ускорение решения нестационарных задач динамики несжимае мой жидкости 50
1.6.1 Подходы к ускорению решения нестационарных задач 50
1.6.2 Реализация геометрического распараллеливания 52
1.6.3 Результаты численных экспериментов 53
Глава 2 Численная модель переходных процессов в гидротурби нах 57
2.1 Проблемы, возникающие при моделировании переходных процессов в гидротурбинах 57
2.2 Основные уравнения модели 60
2.2.1 Уравнения Рейнольдса в форме интегральных законов сохранения для движущегося объема 60
2.2.2 Уравнения - модели турбулентности Кима-Чена в интегральной форме для движущегося объема 61
2.2.3 Уравнение вращения рабочего колеса 61
2.2.4 Модель упругого гидравлического удара 62
2.3 Краевые условия при совместном расчете в области водовод гидротурбина 62
2.3.1 Входная и выходная границы 62
2.3.2 Граница обмена между водоводом и направляющим аппаратом 63
2.3.3 Остальные границы 65
2.4 Численный метод 65
2.4.1 Решение уравнений Рейнольдса 65
2.4.2 Решение уравнений упругого гидроудара 65
2.4.3 Численная реализация краевых условий 66
2.5 Результаты расчетов 67
2.5.1 Пуск в турбинный режим
2.5.2 Сброс нагрузки с последующим выходом на холостой ход 71
2.5.3 Траектории мгновенных режимов при различных переходных процессах 75
Глава 3 Метод расчета осевых и радиальных нагрузок на рабочее колесо гидротурбины в нестационарном потоке 77
3.1 Постановка задачи 77
3.2 Обзор существующих методик 79
3.2.1 Инженерно-эмпирическая методика определения осевых нагрузок 79
3.2.2 Инженерно-эмпирическая методика определения радиальных нагрузок 82
3.2.3 Подходы, основанные на методах вычислительной гидродинамики 83
3.2.4 Моделирование течения в зазорах между вращающимися и неподвижными частями гидротурбины с учетом биения РК 85
3.3 Методика определения полной гидравлической нагрузки на рабочее колесо 87
3.3.1 Определение нагрузки F1 от основного потока 88
3.3.2 Определение осевой составляющей нагрузки F2 88
3.3.3 Определение радиальных составляющих нагрузок F2 и F3 91
3.4 Улучшенная инженерно-эмпирическая методика определения радиальных составляющих нагрузок F2 и F3 93
3.5 Результаты расчетов осевых и радиальных нагрузок 98
3.5.1 Режим максимальной мощности 99
3.5.2 Режим частичной нагрузки 102
3.6 Исследование течения в полости над ступицей и в разгрузочных отверстиях 104
Глава 4 Численная модель течения в гидротурбине с кольцевым затвором 111
4.1 Общая постановка задачи 111
4.2 Модели затвора 113
4.2.1 Модель бесконечно тонкого затвора 113
4.2.2 Модель затвора реальной толщины 113
4.3 Краевые условия 115
4.4 Силы, действующие на кольцевой затвор 116
4.4.1 Выталкивающая сила, действующая на оголовок 116
4.4.2 Радиальная сила, действующая на боковую поверхность затвора 117
4.5 Результаты моделирования течений в гидротурбине с кольцевым
затвором 117
4.5.1 Стационарная постановка 117
4.5.2 Нестационарная постановка 118
Заключение 124
Список литературы
