空间过滤法建立湍流模型的构建方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN102141064A*(12)发明专利申请(10)申请公布号CN102141064A(43)申请公布日2011.08.03(21)申请号201010103276.4(22)申请日2010.01.29(71)申请人上海东方泵业(集团)有限公司地址201906上海市宝山区富联路1588号(72)发明人吴永旭魏培茹见文(74)专利代理机构上海天翔知识产权代理有限公司31224代理人刘粉宝(51)Int.Cl.F15D1/00(2006.01)权利要求书1页说明书5页附图2页(54)发明名称空间过滤法建立湍流模型的构建方法(57)摘要本发明的目的在于公开一种空间过滤法建立湍流模型的构建方法，通过湍流模型的轴流泵全通道湍流模拟，获得相应的流动细节，可以对各过流部件内的流动有定性的认识，根据计算结果对轴流泵的能量、空化性能做了定量的预估，揭示了水力机械空化和水力振动等重要水力特性的机理，从而为研究和开发高性能、大流量、高水头水泵或水轮机装置提供理论和技术依据，实现本发明的目的。CN10246ACCNN110214106402141071A权利要求书1/1页1.一种空间过滤法建立湍流模型的构建方法，其特征在于，它包括如下步骤：(1)采用有限体积法构造滤波函数，并对瞬时Navier-Stokes方程进行滤波处理，在直角坐标形式的绝对参照系下，建立瞬时流动状态的控制方程为：式中，带有上划线“—”的量为滤波后的场变量，τij为亚格子尺度应力模型；(2)建立亚格子尺度应力模型如下：式中，μt是亚格子尺度的涡粘系数，亚格子尺度的涡粘系数设置为(3)划分计算网格，通过公式：计算节点，式中，Δi代表沿i轴方向的网格尺寸，cs是Smagorinsky常数；4)将步骤(1)、(2)(3)中方程离散为代数方程，建立离散方程，有o式中，φnb是φp的邻点速度，aP和anb为系数，φP为上一层次之解，a为松弛因子，是代数方程源项，b为源项中的常数部分；(5)采用分离式解法，顺序地、逐个地求解离散方程中各变量代数方程组；(6)检查结果是否收敛。若不收敛，以得到的结果作为新的猜测，重复该过程。2.如权利要求1所述的构建方法，其特征在于，在计算之前，首先要将计算区域离散化，即在空间坐标和时间坐标上将连续的计算区域剖分成许多个网格单元，然后，在网格单元上将控制方程及湍流附加方程离散为代数方程。3.如权利要求1所述的构建方法，其特征在于，所述分离式解法分为原始变量法和非原始变量法。4.如权利要求3所述的构建方法，其特征在于，所述原始变量法是指首先使用一个猜测的压力场来解动量方程，得到速度场；接着求解通过连续方程所建立的压力修正方程，得到压力场的修正值；然后利用压力修正值更新速度场和压力场；最后检查结果是否收敛。若不收敛，以得到的压力场作为新的猜测的压力场，重复该过程。5.如权利要求1所述的构建方法，其特征在于，在通过计算得到水力机械某一工况下的速度场和压力场分布后，可通过数学过程预估水力机械的能量和空化特性。2CCNN110214106402141071A说明书1/5页空间过滤法建立湍流模型的构建方法技术领域[0001]本发明涉及一种构建方法，特别涉及一种水力机械内通过空间过滤法建立湍流模型的构建方法。背景技术[0002]随着南水北调及三峡水利工程的兴建，水泵、水轮机作为关键水力机械装置，其容量和尺寸在不断增大。从已投产的大型泵站和水电站的运行情况看，大型机组普遍存在振动、空化、出力(效率)不足等问题。振动和空化等特性直接与过流部件的水压力脉动有关，解决这些问题的关键在于有效掌握和控制相应过流部件的流场。[0003]观测表明，水力机械内部流动在多数情况下处于湍流状态，流场由各种不同尺度的湍流涡叠合而成，这些湍流涡具有旋转结构，湍流涡的大小及旋转轴的方向分布是随机的，由于湍流的复杂性，很难通过试验来掌握水力机械内部的湍流状态，而计算流体动力学(CFD)理论和方法，给我们认识水力机械湍流流动提供了一种新的途径，对揭示水力机械流场流动特性与结构动力特性间的复杂关系，具有潜在的优势。[0004]水力机械内的流动可以认为是不可压、非定常的三维湍流流动，由于湍流具有微尺度上的高度脉动性，加之用于描述湍流的瞬时Navier-Stokes方程的非线性，以及水力机械边界条件的多样性，使得方程不存在解析解，甚至不能用直接数值模拟(DNS)方法来描述三维时间相关的全部流动细节。发明内容[0005]本发明的目的在于提供一种空间过滤法建立湍流模型的构建方法，解决现有存在的上述问题，采用空间过滤法“简化”湍流脉动，在瞬时Navier-Stokes方程的基础上构造附加的湍流模型。[0006]本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：[0007]一种空间过