混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪空化流動(dòng)特性的數(shù)值計(jì)算及性能改善.pdf_第1頁(yè)
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1、Xihua UniversityMaster Degree ThesisNumerical calculation and performanceimprove-ment of cavitation flow inFrancis Turbine RunnerCandidate : Wang XinMajor : Power EngineeringStudent ID: 212014085206003Supervisor: Liu Xia

2、obing;SN ENGR: Liu DeminApril, 2017Classified Index:UDC:西華大學(xué)碩士論文1摘 要在水輪機(jī)運(yùn)行過(guò)程中,當(dāng)內(nèi)部壓強(qiáng)降低到一定程度時(shí),水中含有的不溶解氣體、 泥沙等雜質(zhì)和泥沙表面細(xì)縫中寄存著的氣核就會(huì)膨脹形成空泡,進(jìn)而發(fā)生空化、空蝕, 造成水輪機(jī)過(guò)流部件表面破壞,引起機(jī)組結(jié)構(gòu)部件振動(dòng)損壞,致使機(jī)組效率下降不能正常工作。因此,水輪機(jī)空化問(wèn)題一直是水輪機(jī)研究的重點(diǎn)、難點(diǎn)課題。本研究以混流式水

3、輪機(jī)為研究對(duì)象,根據(jù)廠家提供數(shù)據(jù),應(yīng)用 UG 軟件,建立全流道幾何物理模型,對(duì)全流道單相流、空化多相流進(jìn)行定常及非定常數(shù)值計(jì)算,研究?jī)?nèi)容及成果如下:首先,對(duì)水輪機(jī)全流道進(jìn)行單相定常數(shù)值計(jì)算,探討轉(zhuǎn)速與開度對(duì)水輪機(jī)內(nèi)部尤其是轉(zhuǎn)輪區(qū)域的影響。結(jié)果表明:在同一單位轉(zhuǎn)速時(shí),隨著開度的加大,轉(zhuǎn)輪區(qū)域流線愈順暢,同時(shí)葉片出水邊尾部低壓區(qū)范圍逐漸擴(kuò)展;在同一開度時(shí),小開度下低單位轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)輪區(qū)域流線比高單位轉(zhuǎn)速時(shí)紊亂, 大開度下高單位轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)輪區(qū)域流線

4、比低單位轉(zhuǎn)速時(shí)紊亂;無(wú)論轉(zhuǎn)速是否相同,小開度下的低壓區(qū)更容易出現(xiàn)在葉片出水邊靠近上冠的位置,大開度下的低壓區(qū)更容易出現(xiàn)在葉片出水邊靠近下環(huán)位置。其次,對(duì)水輪機(jī)全流道定常及非定常空化兩相流動(dòng)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算,對(duì)轉(zhuǎn)輪區(qū)域的空化性能及壓力脈動(dòng)進(jìn)行分析,結(jié)果表明:大開度與小開度的轉(zhuǎn)輪空化發(fā)生位置變化差異較大:大開度時(shí),主要集中在葉片吸力面靠近下環(huán)一側(cè);而小開度時(shí),比較集中在靠近上冠位置。轉(zhuǎn)輪區(qū)域不但存在低頻同時(shí)也存在高頻壓力脈動(dòng),高頻壓力脈動(dòng)主要由

5、活動(dòng)導(dǎo)葉與轉(zhuǎn)輪間的動(dòng)靜干涉引起,其引起的高頻壓力脈動(dòng)對(duì)轉(zhuǎn)輪葉片表面影響很大,該頻率壓力脈動(dòng)幅值的大小與活動(dòng)導(dǎo)葉到轉(zhuǎn)輪葉片表面的距離有關(guān); 葉片表面振幅從葉片的進(jìn)水邊沿出水邊方向呈減小變化,驗(yàn)證了動(dòng)靜干擾產(chǎn)生的高頻脈動(dòng),同時(shí)說(shuō)明了在吸力面的出水邊位置低壓區(qū)壓力較容易趨于穩(wěn)定,更利于初生空化的發(fā)生。最后,提出了兩種空化性能改善的方法,即加副葉片和葉片開孔,并對(duì)相應(yīng)方案進(jìn)行數(shù)值計(jì)算與分析。結(jié)果表明:兩種方法都能有效的改善空化性能,說(shuō)明這兩種方

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