CN107748823A - 一种平头孔板初生空化数确定方法 - Google Patents
一种平头孔板初生空化数确定方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN107748823A CN107748823A CN201711062387.3A CN201711062387A CN107748823A CN 107748823 A CN107748823 A CN 107748823A CN 201711062387 A CN201711062387 A CN 201711062387A CN 107748823 A CN107748823 A CN 107748823A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- orifice plate
- cavitation inception
- cavitation
- tack
- inception number
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 19
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 15
- 238000000205 computational method Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000003672 processing method Methods 0.000 claims description 12
- 238000004088 simulation Methods 0.000 claims description 11
- 241001672694 Citrus reticulata Species 0.000 claims description 9
- 238000007599 discharging Methods 0.000 claims description 9
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 6
- 238000011161 development Methods 0.000 claims description 3
- 239000004744 fabric Substances 0.000 claims 1
- 238000010025 steaming Methods 0.000 claims 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 3
- 230000006837 decompression Effects 0.000 description 3
- 238000011160 research Methods 0.000 description 3
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 2
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 2
- 230000021715 photosynthesis, light harvesting Effects 0.000 description 2
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 238000004451 qualitative analysis Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
- G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F17/00—Digital computing or data processing equipment or methods, specially adapted for specific functions
- G06F17/10—Complex mathematical operations
- G06F17/11—Complex mathematical operations for solving equations, e.g. nonlinear equations, general mathematical optimization problems
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G06Q50/00—Information and communication technology [ICT] specially adapted for implementation of business processes of specific business sectors, e.g. utilities or tourism
- G06Q50/06—Energy or water supply
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A10/00—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE at coastal zones; at river basins
- Y02A10/40—Controlling or monitoring, e.g. of flood or hurricane; Forecasting, e.g. risk assessment or mapping
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Mathematical Physics (AREA)
- Business, Economics & Management (AREA)
- Mathematical Analysis (AREA)
- Computational Mathematics (AREA)
- Data Mining & Analysis (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Economics (AREA)
- Pure & Applied Mathematics (AREA)
- Mathematical Optimization (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Primary Health Care (AREA)
- Strategic Management (AREA)
- Tourism & Hospitality (AREA)
- General Business, Economics & Management (AREA)
- Human Resources & Organizations (AREA)
- Evolutionary Computation (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Marketing (AREA)
- Operations Research (AREA)
- Public Health (AREA)
- Algebra (AREA)
- Geometry (AREA)
- Databases & Information Systems (AREA)
- Software Systems (AREA)
- Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)
Abstract
本发明涉及一种平头孔板初生空化数确定方法，确定影响初生空化数的因素，包括管道水流雷诺数，孔板直径与泄洪洞直径的比值，孔板厚度与泄洪洞直径的比值；基于RNG k‑ε模型建立水流通过平头孔板的数值模拟模型；基于RNG k‑ε模型确定初生空化数的计算方法；对数值模拟结果进行分析拟合，确定初生空化数与影响初生空化数的因素之间的经验表达式。本发明的优点是获得了初生空化数与管道水流雷诺数、孔板直径与泄洪洞直径的比值、孔板厚度与泄洪洞直径的比值之间的定量关系，使其适合实际工程的直接应用。
Description
技术领域
本发明涉及水利工程技术领域，具体涉及一种平头孔板初生空化数确定方法。
背景技术
孔板在高坝泄洪中有重要应用，水流通过平头孔板的流态如图1所示。由于孔板的特殊体型，水流经过孔板时会产生突缩和突扩，在孔板前后形成水流的旋滚区，在水流内部产生强剪切和强摩擦，因此水流的巨大能量在孔板附近会得到消杀。孔板具有布置简单、经济、消能效率高、空化空蚀破坏较小等特点，在未来水电消能中有着重要的应用前景。
孔板空化问题是孔板实际应用中的一个重大破坏问题，空化初生，即液体内局部压强降低到临界值，所含气核急剧增长，空化开始时发生的现象，因为这种情况是有空化及无空化的界限，所以长期以来为研究者所重视，空化初生常以初生空化数来标志。现有的研究的聚焦领域主要是孔板的初生空化数及其能量损失系数，因为这两个参数分别反映了孔板抗空蚀破坏的能力及其消能能力，普遍的观点认为，孔板的初生空化数越小，其抗空蚀破坏的能力越强；孔板的能量损失系数越大，孔板的消能效果越好。
《Journal of hydraulic engineering》2001年第8期，文章名为“Hydrauliccharacteristics of multistage orifice tunnels”中指出，孔板的初生空化数及能量损失系数主要与孔径比β密切相关(β＝d/D，其中d是孔板直径，D是泄洪洞直径，d和D见图1)，β越大，孔板的初生空化数越小，孔板抗空蚀破坏能力越强，但孔板的能量损失系数同时也越小，消能效果也会变差。现有的关于孔板初生空化数和能量损失系数问题的研究大多停留在定性分析层面，研究结论虽然对实际工程有指导价值，但由于没有得到初生空化数与相关体型要素和水力要素之间的定量关系，所以还不太适合实际工程的直接应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种平头孔板初生空化数确定方法，获得初生空化数与管道水流雷诺数、孔板直径与泄洪洞直径的比值、孔板厚度与泄洪洞直径的比值之间的定量关系，使其适合实际工程的直接应用。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种平头孔板初生空化数确定方法，具体采用如下步骤：
步骤一、确定影响初生空化数σi的因素，包括管道水流雷诺数Re，孔板直径d与泄洪洞直径D的比值β，孔板厚度T与泄洪洞直径D的比值α；
步骤二、基于RNG k-ε模型建立水流通过平头孔板的数值模拟模型；
步骤三、基于RNG k-ε模型确定初生空化数σi的计算方法；
步骤四、对数值模拟结果进行分析拟合，确定初生空化数σi与影响初生空化数σi的因素之间的经验表达式。
作为优选，步骤一中确定影响初生空化数σi的因素具体为：初生空化数的定义公式为
σi＝(p∞-pv)/(0.5ρu2) (1)
其中，p∞是指孔板初次发生空化时孔板前面未扰动断面的临界压强，pv是水流的饱和蒸汽压，ρ是流体的密度；u是泄洪洞水流的平均流速；
由于空化首先发生在压强最低处，如果认为空化初生时气泡内充满着水汽，此时pv应该等于孔板的最低压强pmin，式(1)也可表达成
σi＝(p∞-pmin)/(0.5ρu2) (2)
由于以上参数都是独立变量，且这些独立变量也是(p∞-pmin)的函数，因此可以得到
p∞-pmin＝f(D，d，T，ρ，μ，u) (3)
式(3)可以改写成
(p∞-pmin)/(0.5ρu2)＝f(d/D，T/D，uDρ/μ) (4)
结合式(1)和式(4)，可以得到
σi＝f(β，a，Re) (5)
其中Re＝uDρ/μ为管道水流雷诺数，β＝d/D为孔板直径d与泄洪洞直径D的比值(孔径比β)；a＝T/D为孔板厚度T与泄洪洞直径D的比值(厚径比α)。
作为优选，步骤二中基于RNG k-ε模型建立水流通过平头孔板的数值模拟模型具体为：
(1)水流通过平头孔板的数值模拟模型包括以下控制方程：
连续方程：i＝1，2 (6)
动量守恒方程：
k-方程：
ε-方程：
其中：xi(＝x，y)为轴向及径向方向坐标，ui(＝ux，uy)为轴向或径向方向的水流速度，ρ是流体的密度，p为压强，v为水流动力粘度，vt是涡粘度，vt＝Cμ(k2/ε)，k表示湍流动能，ε为湍流动能耗散率，Cμ＝0.085，其他参数取值分别表示为η＝Sk/ε，C1＝1.42，ηo＝4.377，λ＝0.012，C2＝1.68，αk＝αε＝1.39；
(2)水流通过平头孔板的数值模拟模型的边界条件包括：入流边界、出流边界、对称轴边界以及壁面边界，各边界条件的处理方法是：入流边界条件有入流平均流速、湍流动能分布、湍流动能耗散率分布，它们的数学表达式分别为uin＝u0，k＝0.0144u0 2，ε＝k1.5/(0.5R)，其中u0为入口平均流速，R为泄洪洞半径；出流边界处理方法为假定出流得到充分发展；对称轴边界的处理方法是假定径向速度为0，而且各变量沿径向的梯度也被认为是0；壁面边界的处理方法为边界层流中采用了无滑移假定，壁面边界速度与边界节点的速度分量相等。
作为优选，步骤三中基于RNG k-ε模型确定初生空化数σi的计算方法具体为：
由于孔板泄洪洞具有严格的轴对称特性，对于孔板泄洪洞的三维数值模拟问题以简化为用二维数值模拟来解决，以XZ二维平面的孔板泄洪洞水力学特性代表整个孔板泄洪洞的水力学特性；
泄洪洞直径D选择0.21m，计算的范围包括从孔板前6D到孔板后6D的范围，孔板初次发生空化时孔板前面未扰动断面的临界压强p∞取自孔板前0.5D处断面的平均压强，孔板的最低压强pmin的确定方法为：每次数值计算以后，在孔板后缘0.25D的X轴范围内，等间距取出50个断面，每个断面沿Z轴方向又平均取出200个等间距点，查看每个断面上各点的最低压强，将此50个断面中的最低压强点的压强近似看作是孔板的最低压强，初生空化数按照公式(2)来计算。
作为优选，步骤四中初生空化数σi与影响初生空化数σi的因素之间的经验表达式具体为：σi＝2.1×β-4.6，其中β＝0.4-0.8，α＝0.5-2.0且Re＞105。
与现有技术相比，本发明的优点在于：基于RNG k-ε模型建立水流通过平头孔板的数值模拟模型，依据模拟模型的结果，拟合数据得到了初生空化数与相关因素的经验表达式，获得初生空化数与管道水流雷诺数、孔板直径与泄洪洞直径的比值、孔板厚度与泄洪洞直径的比值之间的定量关系，使其适合实际工程的直接应用。
附图说明
图1是本发明中水流通过平头孔板的流态示意图；
图2是本发明中孔板泄洪洞坐标图；
图3是本发明中数值模拟模型的网格划分图；
图4是本发明中初生空化数随孔径比的变化图；
图5是本发明中孔径比为0.6时的背景噪声的声压级图；
图6是本发明中孔径比为0.6时的空化初生噪声的声压级图；
图7是本发明中初生空化数随孔径比变化的实验数据和模拟数据对比图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的描述。
如图1至图7中所示，一种平头孔板初生空化数确定方法，具体采用如下步骤：
步骤一、确定影响初生空化数σi的因素，包括管道水流雷诺数Re，孔板直径d与泄洪洞直径D的比值β，孔板厚度T与泄洪洞直径D的比值α；
步骤二、基于RNG k-ε模型建立水流通过平头孔板的数值模拟模型；
步骤三、基于RNG k-ε模型确定初生空化数σi的计算方法；
步骤四、对数值模拟结果进行分析拟合，确定初生空化数σi与影响初生空化数σi的因素之间的经验表达式。
步骤一中确定影响初生空化数σi的因素具体为：初生空化数的定义公式为
σi＝(p∞-pv)/(0.5ρu2) (1)
其中，p∞是指孔板初次发生空化时孔板前面未扰动断面的临界压强，pv是水流的饱和蒸汽压，ρ是流体的密度；u是泄洪洞水流的平均流速；
由于空化首先发生在压强最低处，如果认为空化初生时气泡内充满着水汽，此时pv应该等于孔板的最低压强pmin，式(1)也可表达成
σi＝(p∞-pmin)/(0.5ρu2) (2)
由于以上参数都是独立变量，且这些独立变量也是(p∞-pmin)的函数，因此可以得到
p∞-pmin＝f(D，d，T，ρ，μ，u) (3)
式(3)可以改写成
(p∞-pmin)/(0.5ρu2)＝f(d/D，T/D，uDρ/μ) (4)
结合式(1)和式(4)，可以得到
σi＝f(β，a，Re) (5)
其中Re＝uDρ/μ为管道水流雷诺数，β＝d/D为孔板直径d与泄洪洞直径D的比值(孔径比β)；a＝T/D为孔板厚度T与泄洪洞直径D的比值(厚径比α)。
步骤二中基于RNG k-ε模型建立水流通过平头孔板的数值模拟模型具体为：
(1)水流通过平头孔板的数值模拟模型包括以下控制方程：
连续方程：i＝1，2 (6)
动量守恒方程：
k-方程：
ε-方程：
其中：xi(＝x，y)为轴向及径向方向坐标，ui(＝ux，uy)为轴向或径向方向的水流速度，ρ是流体的密度，p为压强，v为水流动力粘度，vt是涡粘度，vt＝Cμ(k2/ε)，k表示湍流动能，ε为湍流动能耗散率，Cμ＝0.085，其他参数取值分别表示为η＝Sk/ε，C1＝1.42，ηo＝4.377，λ＝0.012，C2＝1.68，αk＝αε＝1.39；
(2)水流通过平头孔板的数值模拟模型的边界条件包括：入流边界、出流边界、对称轴边界以及壁面边界，各边界条件的处理方法是：入流边界条件有入流平均流速、湍流动能分布、湍流动能耗散率分布，它们的数学表达式分别为uin＝u0，k＝0.0144u0 2，ε＝k1.5/(0.5R)，其中u0为入口平均流速，R为泄洪洞半径；出流边界处理方法为假定出流得到充分发展；对称轴边界的处理方法是假定径向速度为0，而且各变量沿径向的梯度也被认为是0；壁面边界的处理方法为边界层流中采用了无滑移假定，壁面边界速度与边界节点的速度分量相等。
步骤三中基于RNG k-ε模型确定初生空化数σi的计算方法具体为：
由于孔板泄洪洞具有严格的轴对称特性，对于孔板泄洪洞的三维数值模拟问题以简化为用二维数值模拟来解决，以XZ二维平面的孔板泄洪洞水力学特性代表整个孔板泄洪洞的水力学特性；
泄洪洞直径D选择0.21m，计算的范围包括从孔板前6D到孔板后6D的范围，孔板初次发生空化时孔板前面未扰动断面的临界压强p∞取自孔板前0.5D处断面的平均压强，孔板的最低压强pmin确定方法为：每次数值计算以后，在孔板后缘0.25D的X轴范围内，等间距取出50个断面，每个断面沿Z轴方向又平均取出200个等间距点，查看每个断面上各点的最低压强，将此50个断面中的最低压强点的压强近似看作是孔板的最低压强，初生空化数按照公式(2)来计算。
步骤四中初生空化数σi与影响初生空化数σi的因素之间的经验表达式具体为：σi＝2.1×β-4.6，其中β＝0.4-0.8，α＝0.5-2.0且Re＞105。
图2标注的是孔板泄洪洞的三维坐标轴，由于孔板泄洪洞具有严格的轴对称特性，因此，对于孔板泄洪洞的三维数值模拟问题完全可以简化为用二维数值模拟来解决，以XZ二维平面的孔板泄洪洞水力学特性代表整个孔板泄洪洞的水力学特性。
网格的划分如图3所示，按照已有的研究成果可知，孔板的最低压强一般出现在孔板后缘附近，按照步骤三中的方法确定孔板的最低压强pmin，这种确定最低压强的方法虽然计算工作量偏大，对于最低压强的确定也不可避免地带来一定的误差，当然，断面间距取得越短、每个断面的点取得越多，对于确定的最低压强误差也越小，但是，无论是物理模型试验还是数值模拟计算，想完全精确找到最低压强点，几乎无法实现，因此一定的误差总是存在的，只要误差限制在一定限度内，误差并不影响本发明所要解决的问题，本发明中计算的操作压强选择一个标准大气压，因此孔板后面会很多地方出现负压，但并不影响本发明中初生空化数的确定。
表1是计算得出的当β＝0.50，α＝0.50时的孔板初生空化数。由表1的数据可以看出，当雷诺数达到105这一数量级时，雷诺数对初生空化数的影响不大。如果忽略雷诺数对平头孔板初生空化数的影响，则公式(5)可以简化为：
σi＝f(β，a) (10)
表1初生空化数随雷诺数的变化(β＝0.50，α＝0.50)
表2是计算得出的当雷诺数为1.8×105时，不同孔径比和厚径比下的孔板初生空化数，由表2中的数据可以看出，平头孔板的厚度对其初生空化数的影响也比较微弱，因此，也可以忽略厚度对初生空化数的影响。
表2各种孔径比和厚径比下的初生空化数(Re＝1.80×105)
利用表2中α＝0.1时各种孔径比下的初生空化数数据，可以绘制成如图4所示的初生空化数随孔径比的变化图，在忽略雷诺数及厚径比对初生空化数影响的基础上，拟合图4中的曲线，可以得到平头孔板初生空化数的经验表达式为
σi＝2.1×β-4.6 (11)
其中β＝0.4-0.8，α＝0.5-2.0且Re＞105。
物理模型试验是在减压箱中进行的。孔板后面都设置了空化噪声测量系统，空化噪声测量系统包括水听器、放大器、滤波器、采集器、计算机和打印机。初生空化的判断方法如下：将测量的噪声频谱与背景噪声相比较，如果声压级差达到5dB-10dB左右时，即认为初生空化发生，此时可测量公式(1)中的相关参数来计算初生空化数，pc在减压试验中被分为两部分：
pc＝pu+pa (12)
其中：pu是孔板前0.5D断面处的压强，pa是减压箱中的压强。为了验证公式(11)的合理性，分别测量孔径比为0.6、0.7、0.78、0.8时的初生空化数。图5是测量出的孔径比为0.6时的背景噪声的声压级，图6是测量得出的孔径比为0.6时的空化初生时的噪声声压级，比较图5和图6两图发现，两图背景噪声的声压级差达到了9dB左右，此时可认为图6是空化初生时的噪声频谱。
表3初生空化数测量结果
| β | pu/ρg(m) | pa/ρg(m) | pv/ρg(m) | u2/ρg(m) | σi |
| 0.6 | 0.651 | 0.311 | 0.192 | 0.031 | 22.62 |
| 0.7 | 0.098 | 0.372 | 0.211 | 0.073 | 12.31 |
| 0.78 | 0.711 | 0.310 | 0.212 | 0.074 | 7.96 |
| 0.8 | 2.070 | 0.312 | 0.201 | 0.282 | 6.96 |
测量的结果见表3，利用表3的数据和公式(11)，可以绘制出如图7所示的初生空化数随孔径比变化的实验数据和模拟数据对比图，由图7可以看出，试验值与公式计算值的最大误差不超过13.5％，公式计算值与实测值吻合良好。
本发明的优点在于：基于RNG k-ε模型建立水流通过平头孔板的数值模拟模型，依据模拟模型的结果，拟合数据得到了初生空化数与相关因素的经验表达式，获得初生空化数与管道水流雷诺数、孔板直径与泄洪洞直径的比值、孔板厚度与泄洪洞直径的比值之间的定量关系，本发明适合实际工程的直接应用。
Claims (5)
1.一种平头孔板初生空化数确定方法，其特征是，一种平头孔板初生空化数确定方法具体采用如下步骤：
步骤一、确定影响初生空化数σi的因素，包括管道水流雷诺数Re，孔板直径d与泄洪洞直径D的比值β，孔板厚度T与泄洪洞直径D的比值α；
步骤二、基于RNG k-ε模型建立水流通过平头孔板的数值模拟模型；
步骤三、基于RNG k-ε模型确定初生空化数σi的计算方法；
步骤四、对数值模拟结果进行分析拟合，确定初生空化数σi与影响初生空化数σi的因素之间的经验表达式。
2.根据权利要求1所述的一种平头孔板初生空化数确定方法，其特征是，步骤一中确定影响初生空化数σi的因素具体为：初生空化数的定义公式为
σi＝(p∞-pv)/(0.5ρu2) (1)
其中，p∞是指孔板初次发生空化时孔板前面未扰动断面的临界压强，pv是水流的饱和蒸汽压，ρ是流体的密度；u是泄洪洞水流的平均流速；
由于空化首先发生在压强最低处，如果认为空化初生时气泡内充满着水汽，此时pv应该等于孔板后的最低压强pmin，式(1)也可表达成
σi＝(p∞-pmin)/(0.5ρu2) (2)
由于以上参数都是独立变量，且这些独立变量也是(p∞-pmin)的函数，因此可以得到
p∞-pmin＝f(D，d，T，ρ，μ，u) (3)
式(3)可以改写成
(p∞-pmin)/(0.5ρu2)＝f(d/D，T/D，uDρ/μ) (4)
结合式(1)和式(4)，可以得到
σi＝f(β，a，Re) (5)
其中Re＝uDρ/μ为管道水流雷诺数，β＝d/D为孔板直径d与泄洪洞直径D的比值(孔径比β)；a＝T/D为孔板厚度T与泄洪洞直径D的比值(厚径比α)。
3.根据权利要求1所述的一种平头孔板初生空化数确定方法，其特征是，步骤二中基于RNG k-ε模型建立水流通过平头孔板的数值模拟模型具体为：
(1)水流通过平头孔板的数值模拟模型包括以下控制方程：
连续方程：
动量守恒方程：
k-方程：
ε-方程：
其中：xi(＝x，y)为轴向及径向方向坐标，ui(＝ux，uy)为轴向或径向方向的水流速度，ρ是流体的密度，p为压强，v为水流动力粘度，vt是涡粘度，vt＝Cμ(k2/ε)，k表示湍流动能，ε为湍流动能耗散率，Cμ＝0.085，其他参数取值分别表示为η＝Sk/ε，C1＝1.42，ηo＝4.377，λ＝0.012，C2＝1.68，αk＝αε＝1.39；
(2)水流通过平头孔板的数值模拟模型的边界条件包括：入流边界、出流边界、对称轴边界以及壁面边界，各边界条件的处理方法是：入流边界条件有入流平均流速、湍流动能分布、湍流动能耗散率分布，它们的数学表达式分别为uin＝u0，k＝0.0144u0 2，ε＝k1.5/(0.5R)，其中u0为入口平均流速，R为泄洪洞半径；出流边界处理方法为假定出流得到充分发展；对称轴边界的处理方法是假定径向速度为0，而且各变量沿径向的梯度也被认为是0；壁面边界的处理方法为边界层流中采用了无滑移假定，壁面边界速度与边界节点的速度分量相等。
4.根据权利要求1所述的一种平头孔板初生空化数确定方法，其特征是，步骤三中基于RNG k-ε模型确定初生空化数σi的计算方法具体为：
由于孔板泄洪洞具有严格的轴对称特性，对于孔板泄洪洞的三维数值模拟问题以简化为用二维数值模拟来解决，以XZ二维平面的孔板泄洪洞水力学特性代表整个孔板泄洪洞的水力学特性；
泄洪洞直径D选择0.21m，计算的范围包括从孔板前6D到孔板后6D的范围，孔板初次发生空化时孔板前面未扰动断面的临界压强p∞取自孔板前0.5D处断面的平均压强，孔板后的最低压强pmin的确定方法为：每次数值计算以后，在孔板后缘0.25D的X轴范围内，等间距取出50个断面，每个断面沿Z轴方向又平均取出200个等间距点，查看每个断面上各点的最低压强，将此50个断面中的最低压强点的压强近似看作是孔板后的最低压强，初生空化数按照公式(2)来计算。
5.根据权利要求1所述的一种平头孔板初生空化数确定方法，其特征是，步骤四中初生空化数σi与影响初生空化数σi的因素之间的经验表达式具体为：σi＝2.1×β-4.6，其中β＝0.4-0.8，α＝0.5-2.0且Re＞105。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201711062387.3A CN107748823A (zh) | 2017-11-01 | 2017-11-01 | 一种平头孔板初生空化数确定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201711062387.3A CN107748823A (zh) | 2017-11-01 | 2017-11-01 | 一种平头孔板初生空化数确定方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN107748823A true CN107748823A (zh) | 2018-03-02 |
Family
ID=61254371
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201711062387.3A Pending CN107748823A (zh) | 2017-11-01 | 2017-11-01 | 一种平头孔板初生空化数确定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN107748823A (zh) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108573100A (zh) * | 2018-04-10 | 2018-09-25 | 浙江海洋大学 | 一种孔板的厚径临界比值确定方法 |
| CN110197001A (zh) * | 2019-04-30 | 2019-09-03 | 华能澜沧江水电股份有限公司 | 泄洪洞通气孔与洞顶余幅联合优化设计方法 |
| CN111563350A (zh) * | 2020-04-24 | 2020-08-21 | 中国船舶科学研究中心 | 一种等负荷状态下推进器梢隙涡空化起始转速预报方法 |
| CN112949182A (zh) * | 2021-03-03 | 2021-06-11 | 中国水利水电科学研究院 | 耦合地表土壤含水量的区域尺度最大气孔导度的计算方法 |
| CN113297657A (zh) * | 2021-05-14 | 2021-08-24 | 中国水利水电科学研究院 | 多级孔板内消能工的防空化设计方法 |
| CN113740253A (zh) * | 2021-07-28 | 2021-12-03 | 西安交通大学 | 确定高温高压下孔板初生空化数的试验装置、系统及方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103215932A (zh) * | 2013-03-19 | 2013-07-24 | 浙江海洋学院 | 泄洪洞孔板构建方法 |
| CN105022863A (zh) * | 2015-06-26 | 2015-11-04 | 浙江海洋学院 | 孔板最小壁面压强系数的计算方法 |
| CN105045987A (zh) * | 2015-07-06 | 2015-11-11 | 浙江海洋学院 | 孔板厚度对孔板能量损失系数的影响关系计算方法 |
-
2017
- 2017-11-01 CN CN201711062387.3A patent/CN107748823A/zh active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103215932A (zh) * | 2013-03-19 | 2013-07-24 | 浙江海洋学院 | 泄洪洞孔板构建方法 |
| CN105022863A (zh) * | 2015-06-26 | 2015-11-04 | 浙江海洋学院 | 孔板最小壁面压强系数的计算方法 |
| CN105045987A (zh) * | 2015-07-06 | 2015-11-11 | 浙江海洋学院 | 孔板厚度对孔板能量损失系数的影响关系计算方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| AI WAN-ZHENG ET AL.: "Numerical Simulation of Orifice plate’s Backflow Region Characteristics", 《INFORMATION TECHNOLOGY JOURNAL》 * |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108573100A (zh) * | 2018-04-10 | 2018-09-25 | 浙江海洋大学 | 一种孔板的厚径临界比值确定方法 |
| CN110197001A (zh) * | 2019-04-30 | 2019-09-03 | 华能澜沧江水电股份有限公司 | 泄洪洞通气孔与洞顶余幅联合优化设计方法 |
| CN110197001B (zh) * | 2019-04-30 | 2022-09-16 | 华能澜沧江水电股份有限公司 | 泄洪洞通气孔与洞顶余幅联合优化设计方法 |
| CN111563350A (zh) * | 2020-04-24 | 2020-08-21 | 中国船舶科学研究中心 | 一种等负荷状态下推进器梢隙涡空化起始转速预报方法 |
| CN112949182A (zh) * | 2021-03-03 | 2021-06-11 | 中国水利水电科学研究院 | 耦合地表土壤含水量的区域尺度最大气孔导度的计算方法 |
| CN112949182B (zh) * | 2021-03-03 | 2023-09-26 | 中国水利水电科学研究院 | 耦合地表土壤含水量的区域尺度最大气孔导度的计算方法 |
| CN113297657A (zh) * | 2021-05-14 | 2021-08-24 | 中国水利水电科学研究院 | 多级孔板内消能工的防空化设计方法 |
| CN113297657B (zh) * | 2021-05-14 | 2023-09-22 | 中国水利水电科学研究院 | 多级孔板内消能工的防空化设计方法 |
| CN113740253A (zh) * | 2021-07-28 | 2021-12-03 | 西安交通大学 | 确定高温高压下孔板初生空化数的试验装置、系统及方法 |
| CN113740253B (zh) * | 2021-07-28 | 2022-06-28 | 西安交通大学 | 确定高温高压下孔板初生空化数的试验装置、系统及方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107748823A (zh) | 一种平头孔板初生空化数确定方法 | |
| Yuan et al. | Numerical simulations of sink-flow boundary layers over rough surfaces | |
| El Khoury et al. | Direct numerical simulation of turbulent pipe flow at moderately high Reynolds numbers | |
| Suvanjumrat | Comparison of turbulence models for flow past NACA0015 airfoil using OpenFOAM | |
| Wu et al. | Investigation of pre-stall behavior in an axial compressor rotor—Part I: Unsteadiness of tip clearance flow | |
| Pei et al. | Cavitation optimization for a centrifugal pump impeller by using orthogonal design of experiment | |
| D'Alessandro et al. | Assessment of the dimples as passive boundary layer control technique for laminar airfoils operating at wind turbine blades root region typical Reynolds numbers | |
| Wang et al. | Multiobjective optimization design and performance prediction of centrifugal pump based on orthogonal test | |
| CN105302997A (zh) | 一种基于三维cfd的液柱分离-弥合水锤的模拟方法 | |
| Bing et al. | Multi-parameter optimization design, numerical simulation and performance test of mixed-flow pump impeller | |
| Javadi et al. | Detailed numerical investigation of a Kaplan turbine with rotor-stator interaction using turbulence-resolving simulations | |
| Sentyabov et al. | Investigation of turbulence models for computation of swirling flows | |
| Li et al. | Bionic leading-edge protuberances and hydrofoil cavitation | |
| CN103215932A (zh) | 泄洪洞孔板构建方法 | |
| Kun et al. | Nested sparse-grid stochastic collocation method for uncertainty quantification of blade stagger angle | |
| Titarev | Implicit unstructured-mesh method for calculating Poiseuille flows of rarefied gas | |
| CN105045987B (zh) | 孔板厚度对孔板能量损失系数的影响关系计算方法 | |
| CN107491623A (zh) | 平头孔板初生空化数的确定方法 | |
| Qian et al. | A numerical study of the internal flow in a pressure swirl atomizer | |
| CN107608930B (zh) | 洞塞后部回流长度的计算方法 | |
| Nandan Kumar et al. | On topology of flow in a turbine cascade | |
| Park et al. | Numerical study on the laminar fluid flow characteristics around a rectangular cylinder with different width to height ratios | |
| Lv et al. | Numerical simulation of 3D flow field and flow-induced noise characteristics in a T-Shaped reducing tee junction | |
| Zheng et al. | Improved Schnerr-Sauer cavitation model for unsteady cavitating flow on NACA66 | |
| Li et al. | A computational method for complex-shaped hydraulic turbomachinery flow based on the immersed boundary method |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20180302 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |