【摘要】：以水動力學(xué)中的渦流發(fā)生器為研究對象,首先對不同楔形角、不同下緣高度比、不同來流攻角下的單葉片渦流發(fā)生器進行數(shù)值模擬。用渦心高度和渦心偏距對尾渦的位置進行描述,用葉片后中心線上湍動能和尾渦的渦量對尾渦的強度進行描述,通過對葉片后流場某點的速度進行監(jiān)控和記錄,經(jīng)過傅里葉變換對尾渦的脫落頻率進行描述。本著尾渦的渦心高度越高越好、渦心偏距越大越好,尾渦強度越大越好、尾渦的脫落頻率越大越好的原則,選擇最佳幾何參數(shù)的渦流發(fā)生器。經(jīng)過計算和分析得出渦流發(fā)生器的最佳楔形角度為53°、最佳下緣高度比為2、最佳來流攻角為20°。在確定最佳的單葉片渦流發(fā)生器幾何參數(shù)后,對逆渦安裝的并聯(lián)雙葉片渦流發(fā)生器進行重點的研究分析,最終確定最佳的安裝距離為渦流發(fā)生器高度的四倍。其次以矩形渦流發(fā)生器為研究對象,驗證大渦模擬在葉片繞流場中的適用性。對葉片寬度為2、3、4cm的單葉片渦流發(fā)生器在不同迎流角下進行PIV實驗,并將實驗結(jié)果與大渦模擬的結(jié)果進行對比。在雙葉片的實驗研究中,用兩個葉片寬度為2cm的渦流發(fā)生器進行PIV實驗,并將實驗結(jié)果與大渦模擬的結(jié)果進行對比。經(jīng)過對比發(fā)現(xiàn)不管對于單葉片渦流發(fā)生器的繞流還是雙葉片渦流發(fā)生器的繞流問題,選用大渦模擬都是合理的。最后選擇葉片下緣長度為2、3、4、5cm四種不同大小的渦流發(fā)生器,其余的幾何尺寸根據(jù)楔形角為53°、下緣高度比為2來確定,以來流攻角為20°,按照逆渦安裝的方式把四個渦流發(fā)生器均勻的安裝在實際尾水管中。通過計算可得下緣長度為4cm的渦流發(fā)生器可以使得尾水管的效率提高近7個百分點,驗證了渦流發(fā)生器的有效性。
【學(xué)位授予單位】：杭州電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TV734
【圖文】：

層流邊ｈ■層邐層流底層逡逑圖２．１無攻角平行流的邊界層示意圖逡逑綜上所述，邊界層有以下特點：第一，其厚度很小且不是定值，隨著流體流逡逑動的方向厚度越來越大；第二，邊界層內(nèi)流體的流速變化梯度很大，粘性摩擦力逡逑不能忽略；第三，在邊界層內(nèi)切應(yīng)力較大，邊界層內(nèi)渦量的值將會大于邊界層外。逡逑下圖２．２為水以一定的速度流過一個矩形槽道流向方向上某個截面的渦量云圖，逡逑從圖中可以看出在壁面渦量的值大于中間勢流區(qū)域渦量的值。逡逑３逡逑ｗ邋６０邋－ｉｔ４邋？邋１１邋５邐５邋３？邋＾４逡逑圖２．２矩形槽道內(nèi)某截面渦量云圖逡逑２．２邊界層的轉(zhuǎn)捩與分離逡逑流體流動可以分成層流、湍流和過渡三種狀態(tài)。慣性力與黏性力的比值定義逡逑雷諾數(shù)（Ｒｅ），雷諾數(shù)是一個無量綱數(shù)，當(dāng)Ｒｅ較小時，黏性力對流體運動的影響逡逑占主要地位，流體流動呈現(xiàn)層流狀態(tài)。Ｒｅ較大時，慣性力對流體運動的影響占逡逑主要地位，流體呈現(xiàn)湍流狀態(tài)。根據(jù)Ｒｅ的大小可以把邊界層分為層流邊界層和逡逑揣流邊界層

動的方向厚度越來越大；第二，邊界層內(nèi)流體的流速變化梯度很大，粘性摩擦力逡逑不能忽略；第三，在邊界層內(nèi)切應(yīng)力較大，邊界層內(nèi)渦量的值將會大于邊界層外。逡逑下圖２．２為水以一定的速度流過一個矩形槽道流向方向上某個截面的渦量云圖，逡逑從圖中可以看出在壁面渦量的值大于中間勢流區(qū)域渦量的值。逡逑３逡逑ｗ邋６０邋－ｉｔ４邋？邋１１邋５邐５邋３？邋＾４逡逑圖２．２矩形槽道內(nèi)某截面渦量云圖逡逑２．２邊界層的轉(zhuǎn)捩與分離逡逑流體流動可以分成層流、湍流和過渡三種狀態(tài)。慣性力與黏性力的比值定義逡逑雷諾數(shù)（Ｒｅ），雷諾數(shù)是一個無量綱數(shù)，當(dāng)Ｒｅ較小時，黏性力對流體運動的影響逡逑占主要地位，流體流動呈現(xiàn)層流狀態(tài)。Ｒｅ較大時，慣性力對流體運動的影響占逡逑主要地位，流體呈現(xiàn)湍流狀態(tài)。根據(jù)Ｒｅ的大小可以把邊界層分為層流邊界層和逡逑揣流邊界層，當(dāng)Ｒｅ較小的時，稱為層流邊界層。隨著流向距離的增加，邊界層逡逑厚度的增大，流體受到的切應(yīng)力減小，此時將會出現(xiàn)一些不確定的因素。當(dāng)Ｒｅ逡逑增大到一定的數(shù)值后，邊界層將會由層流轉(zhuǎn)變?yōu)榇Я�。如下圖２．３所示：邊界層逡逑在繞流開始的一小段內(nèi)是層流，剩余的都為湍流，且在兩者之間存在著一個過渡逡逑區(qū)

會影響邊界層的轉(zhuǎn)捩逡逑在實際的工程中，與平板流相比繞流發(fā)生在曲面的情況下比較常見。而曲面逡逑邊界層與平板邊界層有著一定的差別，下圖２．４為流體繞過曲面物體的示意圖，逡逑當(dāng)流體繞過曲面物體時，曲面物體會使流體的流速增大，從流體接觸到曲面物體逡逑到Ｍ點速度達到最大。由伯努利方程可知在速度增大的過程中壓強ｐ將會減小，逡逑在Ｍ點之后，隨著沿程距離的增大，流速又逐漸的減小，壓強不斷增大。在Ｍ逡逑點邊界層的外邊界上速度最大，壓強最小。在Ｍ點之前的區(qū)域，邊界層內(nèi)流體逡逑在做加速運動，而且壓差的方向也是和流動的方向一致，所以，即使邊界層內(nèi)的逡逑流體質(zhì)點受到壁面的阻滯作用使得動能消耗，也不會出現(xiàn)回流。在Ｍ點以后的逡逑區(qū)域，流體的動能不斷減小，同時壓強差的方向與流動方向相反。流動的動能不逡逑只是要克服壁面的粘性阻力

【參考文獻】

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本文編號：2801274