水轮机旋转湍流全欧拉并行多层网格模拟研究

项目名称： 水轮机旋转湍流全欧拉并行多层网格模拟研究

项目编号： No.51279071

项目类型： 面上项目

立项/批准年度： 2013

项目学科： 水利工程

项目作者： 张立翔

作者单位： 昆明理工大学

项目金额： 82万元

中文摘要： 水力机械流内部旋转湍流与转轮结构互为驱动，互不占优，内含特有的多尺度旋状结构以及流体-结构相互作用的物理力学机制。本项目将在Eulerian框架下描述转轮结构的运动变形及动力学，研究旋转流固体（流体+转轮）在全欧拉框架（Eulerian-Eulerian）下的多尺度建模理论及稳定型数值方法；研究高雷诺数全欧拉场中固体结构几何形状保形的相场变量及数值稳定参数与流场变量的输运关系及保形维稳机制；研究旋转流湍多层网格模拟基于CPU+GPU异构计算体系的高效并行求解器，在大型异构计算机（曙光TC2600）上实现水力机械旋转湍流并行多层网格数值模拟。结合PIV试验，揭示复杂旋转湍流多尺度演化及能谱结构和螺度谱结构相互作用的机理以及旋转湍流与转轮相互作用的物理力学机制。本项研究对推进水力机械内部复杂流动先进数值模拟的发展，提高水力机械运行稳定性具有理论意义和应用价值。

中文关键词： 水轮机；流固耦合；旋转湍流；网格适应；多层网格

英文摘要： The rotating turbulent flow in hydraulic machinery contains quite complicated multiscale helicity turbulence structures due to the driven rotating and interacting between viscous fluid and impeller structure. This project is to describe geometrical deformation, deformation kinematics and dynamics of the rotating fluidic-solid, such as rotating part of a hydraulic machinery, in Eulerian framework, to formulate a new full Eulerian multiscale stabilized and geometrical shape-preserved method with phase field mixed finite element formulation to study evaluating cascade laws of the different scales in the rotating turbulent flow with high Reynolds number and interactions between helicity and vorticity turbulent structures and fluidic-solid structures. We will develop a new parallelism solver of multigrid method on a CPU+GPU parallel computing platform, for example Shuguang TC2600, to effectively simulate of the full Eulerian rotating turbulent flow with a dynamical fluid-structure interaction. The goal of this project is to explore a development physics of the over-scale structures in the rotating turbulent flow inside a hydraulic machinery, and to develop a CPU+GPU parallelism solver on multigrid method for simulating the rotating turbulent flow.

英文关键词： hydro turbine；fluid-structure interaction；rotational flow；mesh adaptation；multigrid