含沙河流中水輪機(jī)的性能預(yù)測(cè).pdf

1、近年來，隨著計(jì)算流體力學(xué)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，一些三維粘性計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)軟件已成功地應(yīng)于水輪機(jī)內(nèi)部的流動(dòng)特性分析?，F(xiàn)代水輪機(jī)的設(shè)計(jì)向著高參數(shù)、高性能和高可靠性方向發(fā)展，顯然一個(gè)穩(wěn)定高效的流場(chǎng)是確保水輪機(jī)具有高性能和使其達(dá)到高可靠性的重要保證。而在含沙河流中，泥沙對(duì)水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪葉片的磨蝕是影響機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行的一個(gè)重要因素。在含沙水流中沙粒對(duì)各個(gè)過流部件的磨蝕和其中的流態(tài)有密切關(guān)系。由于兩相流工況下水輪機(jī)過流部件的設(shè)計(jì)理論不是十分完善，在實(shí)際工程

2、設(shè)計(jì)中多數(shù)的設(shè)計(jì)是建立在經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)之上，利用清水設(shè)計(jì)理論并加以修正來設(shè)計(jì)，以至于設(shè)計(jì)出的水輪機(jī)在實(shí)際含沙河流上運(yùn)行時(shí)性能得不到保證。為了研究水輪機(jī)過流部件內(nèi)部兩相流動(dòng)的新方法，本文把過流部件整體聯(lián)系起來考慮，基于N-S方程，對(duì)其內(nèi)部流動(dòng)進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算，對(duì)輸送清水介質(zhì)時(shí)采用RNG k-ε湍流模型，對(duì)輸送含有固體顆粒的含沙兩相介質(zhì)時(shí)采用k-ε-Ap湍流模型進(jìn)行計(jì)算。得到了一些結(jié)論并提出了一些建議，可作為水輪機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)的參考和依據(jù)。該研究主要完

3、成如下工作： 1、根據(jù)一具體電站的水力設(shè)計(jì)參數(shù)，用Unigraphics軟件建立了該電站的蝸殼、導(dǎo)葉、尾水管等水輪機(jī)過流部件的三維幾何模型，并將建好的水輪機(jī)的三維模型導(dǎo)入gambit軟件中，對(duì)過流部件進(jìn)行網(wǎng)格劃分。 2、采用數(shù)值模擬方法分析了某一混流式水輪機(jī)在清水介質(zhì)中分別在大流量、最優(yōu)工況、小流量工況下全流道三維定常湍流動(dòng)，建立了基于CFD分析的混流式水輪機(jī)性能預(yù)測(cè)方法，捕捉到了水輪機(jī)各過流部件內(nèi)及動(dòng)靜部件間的流動(dòng)細(xì)節(jié)

4、，從而定量和定性兩個(gè)方面評(píng)價(jià)水輪機(jī)的性能。 3、利用固液兩相流理論和FLUENT軟件中的Eulerian模型，針對(duì)該電站水輪機(jī)在含沙河流狀態(tài)下，分別模擬了顆粒體積濃度和直徑一定時(shí)，兩相介質(zhì)在大流量工況、最優(yōu)工況和小流量工況下的流動(dòng)狀況并和輸送清水時(shí)的三種工況進(jìn)行了對(duì)比，分析單相和兩相時(shí)的流動(dòng)情況的區(qū)別；模擬了粒徑直徑一定，顆粒體積濃度不同在兩相介質(zhì)時(shí)的流動(dòng)狀況，并分析不同顆粒體積濃度的流動(dòng)情況的區(qū)別；模擬了流量和顆粒體積濃度一定