在完成水轮机的数值计算工作后,为了更方便地去分析、研究水轮机的内外特性,需要对结果数据进行处理及可视化,也称之为数据后处理。目前一些CFD 软件具有这个功能,也有一些专门的数据处理软件如Tecplot等来完成这个工作。数据后处理工作主要包括两方面内容:一是计算生成一些特征参数总量或分量的数值信息;一是绘制形象直观的各类图形。下面分别作一介绍。
1.数值信息报告
在进行水轮机性能分析时,常用到以下参数数值信息:
(1)质量流量。边界的质量流量可以通过对边界区各个面的质量流量求和得到,各个面的质量流量等于密度乘以速度矢量和相应面的投影面积的标量积。
(2)作用力和力矩。对于某一面区域的作用力的计算是通过将该区域每一个面上的压力和黏性力以及指定方向的矢量的标量积相加得到。
而对一个指定中心的力矩矢量是通过加和力矩矢量方向上每一个面的作用力矢量来计算。例如,将每一个面上在力矩中心处的作用力加和。
2.图形报告
通过图形来观察水轮机数值计算结果,能够迅速直观地反馈水轮机流动特性,便于分析判断问题的所在。在数据可视化过程,主要需生成图形来显示网格、趋势线、等值线、速度矢量场和迹线。下面将介绍这些图形及相关用途。
(1)网格线。在数值计算的一开始或检查求解结果时,可以通过显示网格线(图8-42),来观察某些特定表面上的网格划分情况是否按预定的设想进行。
图8-42 混凝土蜗壳壁面网格剖分图
(2)趋势线。在水轮机非定常计算过程中,可以通过趋势线来反映有关参数如流量、压力脉动等参数随时间变化规律。(www.xing528.com)
(3)等值线。在水轮机数值模拟中,十分关心的是流场压力的分布情况,需要绘制压力的等值线图,如图8-43所示。
图8-43 水轮机流场某点的压力脉动变化曲线
另外,也可以用连续色彩显示的等值线(图8-44),而不是仅仅使用线条来代表指定的值。
图8-44 轴流式水轮机转轮叶片压力面等值线图
(4)速度矢量图。在求解对象或选中的表面上绘制速度向量,一般情况下速度矢量被绘制在每个单元的中心(或在每个选中表面的中心),用长度及颜色表示其数值大小,线段起始点位置及箭头方向代表其方向。速度矢量(图8-45)能够很直观显示流体运动趋势,可用于对流道内部分或表面流动状态的分析判断。
图8-45 转轮叶片压力面相对速度矢量图
(5)迹线。通过绘制迹线(图8-46),能够实现跟踪考虑流体质点的运动轨迹。
图8-46 尾水管流动迹线图
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