長(zhǎng)短葉片混流式水輪機(jī)的數(shù)值模擬與性能分析.pdf

1、水輪機(jī)作為水電站的核心部件，對(duì)水電站的整體性能起著決定性的作用，水輪機(jī)技術(shù)的研究一直伴隨著水電的開(kāi)發(fā)在不斷地發(fā)展。但是，國(guó)內(nèi)外的不少水電站也因一些尚未解決的技術(shù)問(wèn)題導(dǎo)致機(jī)組出現(xiàn)異常甚至過(guò)流部件的損壞，因此，還是存在著困擾水輪機(jī)安全高效穩(wěn)定運(yùn)行的一些技術(shù)難題亟待解決。另外，隨著機(jī)組容量和尺寸的逐步增大，水輪機(jī)比轉(zhuǎn)速不斷提高，人們對(duì)于混流式水輪機(jī)的運(yùn)行穩(wěn)定性日益重視，這使得進(jìn)行水輪機(jī)內(nèi)部流動(dòng)的模擬分析十分必要?？傊?，開(kāi)展水輪機(jī)過(guò)流部件內(nèi)部的

2、定常及非定常流動(dòng)分析對(duì)于深入了解水輪機(jī)振動(dòng)的內(nèi)在機(jī)理、改善水輪機(jī)的綜合水力性能、提高水輪發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行穩(wěn)定性具有十分重要的意義。
　　 近年來(lái)，隨著制造水平的提高和抗磨蝕材料的應(yīng)用，我國(guó)高水頭混流式水輪機(jī)運(yùn)用較多，但是高水頭混流式常規(guī)水輪機(jī)的流道內(nèi)部流速較高，易導(dǎo)致嚴(yán)重的空蝕磨損，且在非設(shè)計(jì)工況轉(zhuǎn)輪進(jìn)口產(chǎn)生的二次流及固定、旋轉(zhuǎn)部件相互作用均能誘使機(jī)組產(chǎn)生強(qiáng)烈振動(dòng)及壓力脈動(dòng)現(xiàn)象。長(zhǎng)短葉片轉(zhuǎn)輪能夠有效的解決這些問(wèn)題，由于長(zhǎng)短葉片轉(zhuǎn)輪

3、具備較寬的高效率區(qū)、優(yōu)良的穩(wěn)定性和抗空蝕性能，得到了較普遍的認(rèn)可。
　　 本研究以一個(gè)具體水電站的長(zhǎng)短葉片轉(zhuǎn)輪的水輪機(jī)為參考，建立了該水輪機(jī)的全流道幾何模型，并應(yīng)用CFD軟件對(duì)其內(nèi)部流動(dòng)進(jìn)行了數(shù)值模擬，通過(guò)計(jì)算結(jié)果對(duì)水輪機(jī)內(nèi)部流動(dòng)情況及性能進(jìn)行了分析。
　　 本研究具體完成的工作內(nèi)容如下：
　　 一、根據(jù)所選水電站的實(shí)際水力參數(shù)，對(duì)水輪機(jī)引水部件、導(dǎo)水機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)輪和尾水管進(jìn)行了三維幾何模型。并將建好的水輪機(jī)的三維模

4、型導(dǎo)入Gambit軟件中，對(duì)過(guò)流部件依次進(jìn)行網(wǎng)格劃分；
　　 二、研究了利用Fluent軟件對(duì)水輪機(jī)各主要部件的邊界設(shè)定、參數(shù)選擇、求解計(jì)算等一系列軟件應(yīng)用的關(guān)鍵步驟。將已經(jīng)做好的網(wǎng)格文件導(dǎo)入軟件后設(shè)置邊界條件并進(jìn)行計(jì)算；
　　 三、對(duì)求解收斂的結(jié)果進(jìn)行后處理，得到了各個(gè)計(jì)算流體區(qū)域的壓力等值線分布和速度矢量分布，分析流體流動(dòng)狀態(tài)、速度分布和壓力變化；
　　 四、通過(guò)對(duì)比和分析水輪機(jī)內(nèi)部流動(dòng)特征，獲取水輪機(jī)各過(guò)流