原型水轮机全流道计算及计算精度分析

摘要

由于水轮机模型试验预测原型机压力脉动不可靠，而水轮机单流道或单个过流部件的CFD模拟计算由于没有考虑各过流部件之间的耦合干涉，其预测结果也存在较大偏差，所以，非常有必要进行全流道的各过流部件耦合计算来预测水轮机的整体特性。　　本文以原型水轮机全流道各动静过流部件耦合的流动计算作为计算方案，首先尝试进行了原型机全流道三维定常的计算，预测了水轮机的外特性和各过流部件的内流场特性。预测结果与实际比较吻合，只是在效率上比试验值偏低，猜测为网格粗糙所致。而后采用单流道不同密度网格的计算深入分析了网格密度对计算结果的影响，证实了猜测。并在此基础上拓展开来，对影响水轮机CFD模拟计算精度的多个因素，包括网格类型和密度、湍流模型和数值离散格式，分别进行了深入研究。得出了适合于水轮机流动计算的网格类型、不同工况下适宜采用的网格划分尺度以及适宜的湍流模型。　　本文还进行了全流道三维非定常的流动计算，对水轮机部分负荷运行时的压力脉动特性进行了预测。预测结果和试验结果的对比分析证实了原型机全流道的非定常流动计算能够很好地预测水轮机内的压力脉动。并通过脉动幅值的分析，对电站曾经发生转轮叶片裂纹事故的原因给予了合理的解释。

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

1.1课题的提出及研究意义和目的

1.2国内外水轮机流动计算的研究现状

1.2.1国外水轮机流动计算研究现状

1.2.2国内水轮机流动计算研究现状

1.3研究内容

1.3.1原型水轮机全流道定常流动计算研究

1.3.2计算精度的分析研究

1.3.3原型水轮机全流道非定常流动计算

1.4本章小结

第二章全流道三维定常流动计算研究

2.1引言

2.2计算方法

2.2.1控制方程

2.2.2计算控制域的选择

2.2.3网格划分和滑动网格技术

2.2.4控制方程的求解方法

2.2.5湍流模型的选取

2.2.6离散格式的选择

2.2.7边界条件的给定

2.3计算工况的选择

2.4计算结果的分析研究

2.4.1水轮机外特性的分析

2.4.2蜗壳和导叶区的内部流动分析

2.4.3转轮内部流动分析

2.5.4转轮出口流态分析研究

2.5.5尾水管内的流动情况分析

2.6本章小结

第三章计算精度分析

3.1引言

3.2网格对水轮机内部流动计算精度的影响

3.2.1计算方法

3.2.2计算工况确定

3.2.3计算结果的综合分析研究

3.3湍流模型对水轮机流动计算精度的影响

3.4不同离散格式对水轮机流动计算精度的影响

3.5本章小结

第四章全流道三维非定常流动计算研究

4.1引言

4.2尾水管内不稳定压力脉动的研究现状

4.3本文研究方法介绍

4.4计算方法上的不同之处

4.4.1对控制方程的离散的不同

4.4.2计算控制域的不同

4.4.3计算工况的选择

4.4.4边界条件的不同

4.4.5压力脉动的记录断面和记录点的位置的设定

4.5压力脉动计算结果和试验结果的对比分析

4.5.1转轮前的压力脉动分析

4.5.2转轮内的压力脉动分析

4.5.3尾水管内的压力脉动分析研究

4.5.4压力脉动混频幅值的分析研究

4.6本章小结

第五章结论和建议

5.1结论

5.2建议

参考文献

致谢

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