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水轮机叶片水动力分析及翼型优化

作　者: 容亮湾
导　师: 张亮
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 流体力学
关键词: 水轮机水动力形函数 Fluent 翼型优化 MRF模型
分类号: TK730.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 420次
引　用: 8次
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内容摘要

本文在分析和整理竖轴无偏角直叶水轮机水动力性能计算公式的基础上，运用形函数和Fluent平台，给出了一种水轮机叶片翼型优化方法，建立了数学模型，并得到了计算结果。目的是比较、研究母型和优化翼型应用于水轮机之后，水轮机能量利用率的改善和提高程度，为潮流水轮机的水动力性能设计奠定基础。首先计算了无界流场中二维翼型定常绕流的水动力性能，并与实验值进行了对比校验。然后按照形函数的优化设计原理，建立了优化模型，用Fluent平台求解，在NACA0018母型基础上得到数值优化翼型，并探讨了能量利用率提高的原因。最后用优化翼型建立水轮机三维模型，用MRF模型进行求解，给出了计算结果，并与母型进行对比，从而检验水轮机能量利用率提高程度。

全文目录

第1章绪论  8-12
  1.1 背景及意义  8-9
  1.2 翼型优化研究综述  9
  1.3 Fluent软件简介  9-10
  1.4 本文的工作内容  10-12
第2章粘性流动数值模拟基本原理  12-28
  2.1 基于有限体积法的控制方程离散  12-19
    2.1.1 有限体积法的基本思想  12
    2.1.2 有限体积法的网格系统  12-13
    2.1.3 常用的离散格式  13-14
    2.1.4 动量方程的离散  14-19
  2.2 流场计算的SIMPLE算法  19-22
    2.2.1 速度修正方程  20-21
    2.2.2 压力修正方程  21-22
    2.2.3 SIMPLE算法的计算步骤  22
  2.3 湍流及湍流模型  22-27
    2.3.1 湍流的基本方程  22-23
    2.3.2 标准k-ε:模型及其改进模型  23-25
    2.3.3 壁面函数法  25-27
  2.4 本章小结  27-28
第3章二维机翼粘性流场数值计算  28-37
  3.1 机翼的流体动力特性  28-29
    3.1.1 升力特性  28
    3.1.2 阻力特性  28-29
    3.1.3 俯仰力矩  29
  3.2 数值求解过程  29-32
    3.2.1 计算域和网格划分  30-31
    3.2.2 边界条件  31
    3.2.3 计算模式选择及求解参数设置  31-32
  3.3 计算结果及分析  32-36
    3.3.1 湍流模式对计算结果的影响  32-35
    3.3.2 机翼的边界层分离流动特性  35-36
  3.4 本章小结  36-37
第4章竖轴直叶水轮机叶片翼型优化  37-60
  4.1 优化设计原理概述  37-38
  4.2 优化模型的建立与求解  38-56
    4.2.1 优化目标函数的建立  38-40
    4.2.2 形状函数的选取  40-41
    4.2.3 优化模型的求解  41-56
  4.3 优化结果及分析  56-59
  4.4 本章小结  59-60
第5章竖轴直叶水轮机水动力数值模拟  60-76
  5.1 MRF模型  60-62
    5.1.1 MRF模型概述  60
    5.1.2 MRF模型的公式描述  60-62
  5.2 水轮机计算模型的建立  62-64
  5.3 数值求解过程  64-65
    5.3.1 边界条件设置  64
    5.3.2 计算模式选择及求解参数设置  64-65
  5.4 数值计算结果与分析  65-75
  5.5 本章小结  75-76
结论  76-78
参考文献  78-80
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  80-81
致谢  81

水轮机叶片水动力分析及翼型优化

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