《水輪機旋轉湍流全歐拉並行多層格線模擬研究》是依託昆明理工大學，由張立翔擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：水輪機旋轉湍流全歐拉並行多層格線模擬研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：張立翔
- 依託單位：昆明理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
水力機械流內部旋轉湍流與轉輪結構互為驅動，互不占優，內含特有的多尺度旋狀結構以及流體-結構相互作用的物理力學機制。本項目將在Eulerian框架下描述轉輪結構的運動變形及動力學，研究旋轉流固體（流體+轉輪）在全歐拉框架（Eulerian-Eulerian）下的多尺度建模理論及穩定型數值方法；研究高雷諾數全歐拉場中固體結構幾何形狀保形的相場變數及數值穩定參數與流場變數的輸運關係及保形維穩機制；研究旋轉流湍多層格線模擬基於CPU+GPU異構計算體系的高效並行求解器，在大型異構計算機（曙光TC2600）上實現水力機械旋轉湍流並行多層格線數值模擬。結合PIV試驗，揭示複雜旋轉湍流多尺度演化及能譜結構和螺度譜結構相互作用的機理以及旋轉湍流與轉輪相互作用的物理力學機制。本項研究對推進水力機械內部複雜流動先進數值模擬的發展，提高水力機械運行穩定性具有理論意義和套用價值。
結題摘要
結合項目的研究內容和目標，研究工作取得的主要成果分為三部分。（1）水輪機旋轉葉輪FSI建模理論：旋轉是水輪機運行的重要特徵，在葉輪FSI研究領域，迄今一直未處理好旋轉+葉片振動導致的動格線變形與適應問題。本項目提出了適合於水輪機葉輪動格線適應的ALE微分同胚映射模型以及描述葉輪旋轉效應的旋轉張量，並將二者與流體-固體控制方程在連續介質力學理論框架下結合，建立了首個包含旋轉效應以及流體Eulerian格線和固體Lagrangian格線適應信息的水輪機流固耦合理論模型，解決了當前流固耦合理論在同一耦合模型中使用不同描述理論面臨的格線適應關鍵理論問題。（2）FSI先進數值理論與高效解法器：重點開展了FSI解法器及多重格線理論、CPU+GPU異構系統程式設計及代碼開發等方面的研究工作。在多重格線光滑理論方面，提出了一種基於局部Fourier分析的磨光運算元磨光分析的新方法，得到了相關問題的最佳化格線特徵參數；建立了考慮旋轉效應的流固耦合數值模型及相應的計算方法，提出了一個求解FSI離散代數方程的高效解法器，編制了相應的基於FORTRAN的程式代碼。據文獻分析，本項目研究得到的水輪機旋轉FSI數值理論及高效解法器技術，在當前國際上尚無先例。（3）程式實現技術與數值試驗：基於提出的FSI理論模型，使用P1/P1單元的壓力穩定型離散格式，獲得代數方程，設計了新的解法器，並採用兩層格線算法開發了計算代碼，完成了理論建模研究、高效解法器設計以及程式代碼開發的全過程，得到了首個水輪機FSI數值模擬軟體系統。項目設計了三個算例，大量數值試驗算例結果表明，理論模型具有優良的格線適應性、數值穩定性好、收斂速度快，計算效率高，達到了預期的研究目標。 項目建立了首個水輪機FSI理論模型、提出了FSI高效計算方法，開發了相應的程式代碼；發表標註論文30篇，其中SCI收錄5篇，EI收錄17篇；獲國家著作權局軟體著作授權1件；培養畢業博士研究生6人，碩士研究生1人。完成了項目計畫的研究內容，達到了預期的研究目標。
