多泥沙条件下蜗壳设计方法研究

摘要

青海省隆务河上的某水电站HL741-LJ-84水轮机组由于常年在多泥沙河流中运行造成蜗壳磨损剧烈，严重降低了蜗壳的使用寿命。以等速度矩理论设计的混流式水轮机蜗壳因其尾段半径小而使其内壁流速大，在多泥沙河流中运行时会造成蜗壳鼻端的剧烈磨损。为此根据克里夫钦科等人给定的几种蜗壳断面平均流速规律，分别进行蜗壳水力设计。对等速度矩理论和给定流速分布规律方法设计的四个蜗壳进行了水轮机全流道数值模拟。通过对蜗壳绝对流速、径向速度、进口环量和液流角以及转轮叶片及尾水管的分析，选定了一种较好的蜗壳抗泥沙磨损改造方案。 通过计算可以得出，用等速度矩方法设计的蜗壳其鼻端平均流速可达到进口断面平均流速的三倍，在多泥沙河流中磨损会非常严重。在不同的蜗壳设计方法中，最后一个圆断面所处的包角值不同，若最后圆断面的包角值越小则蜗壳各过流断面积就越大，同时平均流速就越小、蜗壳抗磨蚀性能越好，但水流轴对称性则越差。用给定断面流速法设计蜗壳时，给定流速分布规律偏离等速度矩法设计蜗壳的流速分布规律越多，则水流对称性就越差、断面平均流速越小而抗磨蚀性能就越好。在本文提及的等速度矩法、等速度法、克里夫钦科推荐的两种方法中，克里夫钦科推荐的第一种设计方法最适合于多泥沙条件下的水轮机蜗壳。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1.1 课题意义

1.1.2 国内外研究现状

1.2 按常规设计蜗壳运行中存在的问题

1.3 本课题研究的主要内容

1.4 本章小结

第2章 水轮机内部流场研究方法简介

2.1 CFD软件应用

2.1.1 ICEM-CFD网格划分软件

2.1.2 FLUENT流场计算分析软件

2.2 控制方程以及离散方法

2.2.1 水轮机内部流动方程

2.2.2 控制方程空间离散的数值方法

2.3.1 SIMPLE算法

2.3.2 SIMPLER算法

2.3.3 SIMPLEC算法

2.4 湍流模型

2.4.1 标准k-ε模型

2.4.2 RNG k-ε模型

2.4.3 Realizable k-ε模型

2.5 水轮机全流道三维数值模拟的边界条件

2.6 本章小结

第3章 蜗壳的四种水力设计方法

3.1 等速度矩的设计方法

3.1.1 蜗壳中间断面的计算

3.2 给定蜗壳各断面平均流速的三种设计方法

3.3 工程设计实例

3.4 本章小结

第4章 水轮机的几何建模和网格划分

4.1.1 蜗壳几何模型的建立

4.1.2 导叶几何模型的建立

4.1.3 转轮几何模型的建立

4.1.4 尾水管几何模型的建立

4.1.5 各过流部件的装配

4.2 网格划分

4.2.1 网格类型及特点

4.2.2 网格质量标准

4.3 水轮机数值模拟的网格生成

4.4 本章小结

第5章 水轮机内部流态分布及性能分析

5.1 蜗壳及导水机构流场计算结果及分析

5.1.1 蜗壳流场计算结果

5.1.2 水轮机引水部件的水力损失计算

5.2 转轮流场计算结果及分析

5.2.1 叶片流场计算结果

5.2.2 水轮机转轮的水力损失计算

5.3 尾水管流场计算结果及分析

5.3.1 尾水管流场计算结果

5.3.2 尾水管水力损失计算

5.4 水轮机出力与效率比较

5.5 本章小结

结论与展望

结论

展望

参考文献

致谢

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