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溢洪道空化数计算方法研究

侯精明  
【摘要】: 本文概要介绍了溢洪道水力空化的研究方法,研究现状,及进展。从半经验半理论和数值模拟的角度计算了影响空化的水力要素如流速,压强并基于此计算空化数。本文半经验半伦理方法是指根据实测流速资料推导了流速分布函数,发现幂函数可以较精确地拟合流速,并经过试验资料率定参数。该流速分布函数可以计算溢洪道渥奇段及缓坡陡坡的流速。渥奇面压强的计算是通过建立水流微元运动的微分方程,积分后求解得到了时均压强计算公式。有了这些参数后,可以通过本文提出计算方法来计算空化数,该空化数的算法是在传统算法的改进模式,就是选取凸体高度处的压强流速值来计算空化数,使空化数更能反映空化特性。 从数值模拟的角度计算影响空化的参数归功于当代计算机技术的发展,本文采用本章应用k-e两方程紊流模型,对溢洪道渥奇段的流场进行了数值模拟,本文计算采用四边形平面结构网格,为获得精确数据观察流场特性,对近壁区尤其是挑坎段进行局部网格细化。采用有限体积法进行控制方程组离散,自由表面用二相流VOF法捕捉,速度压力耦合采用PISO算法。欠松弛迭代求解。求的流速压强的资料与实测资料进行了对照,证实了该模型的合理性,不仅可以计算流场各水力要素,且可基于此按照上述方法计算空化数。 目前主要从通过试验测得凸体初生空化数,本文也提出一种计算溢洪道上两种典型凸体初生空化数的半经验半理论计算方法,方法的原理是计算凸体后漩涡中心的空化临界压强,进而推导发生空化时的初生空化数。理论依据就是计算高速水流流经凸体发生边壁分离,并在凸体后产生了分离涡,通过数学分析得知涡心为压强最低区域,该处最先发生空化,据此理论导出了用边壁压强和凸体高度处流速来计算涡心压强的公式,该式通过计算涡心压强直接与对应温度下的饱和蒸汽压强比较,小于则表示发生空化。并应用实测资料对该公式的参数进行了率定,可根据此时参考位置处对应的流速和压强值推导了凸体的初生空化数计算公式。 本文用水力数值模拟方法及半经验半理论方法探讨溢洪道的水力要素、空化数的计算方法,成果供参考。


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