混流式水轮机导水机构二重叶栅流动研究

摘要

本文首先介绍了与水力机械CFD解析有关的若干理论问题。着重比较了各种湍流模式的优缺点及在水力机械CFD解析中的适用性。其次，针对水轮发电机组长时间工作在偏工况的特点，本文重点研究了不同工况下固定、活动导叶二重叶栅内部的流动情况及其水力损失的变化。随着计算机硬件和软件的快速发展，我们可以对水轮机做整体解析；在设定边界条件时，只需要给定蜗壳入口条件和尾水管的出口条件，而不用再做其它假设，从而减小了计算的误差。文中对同一水轮机真机的五个不同运行工况进行了整体解析，对多个不同工况下的二重叶栅内部流场进行了描述。最后定量的得到了进入转轮之前二重叶栅的损失变化，并追究了损失变化的原因。本论文得到了如下结论：　　(1)小流量工况主要损失部位在于从活动导叶背压面的顶端到木端的位置，以及较为宽阔的尾流影响带；大流量工况从固定导叶的背压面开始存在损失，并一直影响到导水结构的出口，大流量工况的固定导叶尾流损失下降较快，损失也较大。　　(2)最优工况下全能损失最小；随着流量增加大流量工况时全能损失呈较快增长趋势。小流量工况下随着流量的减少，全能损失呈较缓的增长趋势喉部、脱流引起的损失比例增大。　　(3)小流量时导叶轴向表面动能变化较为均匀，但沿流动方向变化较大。在最优工况和大流量工况下，叶栅出口靠近下环的地方水流的动能变化较大，使得转轮在下环处难以得到较好的水流入口条件，而下环部承受着较大的能量转换任务。　　(4)导叶出口环面上的压能分布，除了＃5大流量工况外，各工况分布比较均匀。＃5工况在导叶出口环面上变化较快较大，会引起水轮机下游部件的压力脉动。在活动导叶表面上的的压能分布，仍然是小流量工况的分布较好，＃5变化较大，较为紊乱，即使是最优工况，分布也不是那么好。

目录

文摘

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第一章绪论

1.1研究的背景与意义

1.1.1我国水电事业的发展

1.1.2我国水电存在的问题

1.2混流式水轮机的研究工作与进展

1.3研究的方法与内容

第二章水力机械模拟实现技术与计算步骤

2.1水力机械内部流场计算方法的发展

2.2 CFD商用软件

2.3 CFD的求解过程

2.4本章小结

第三章水力机械数值模拟的理论基础

3.1概述

3.2网格的划分

3.2.1网格类型

3.2.2分块网格

3.3流体与流动的基本特性

3.4流体动力学控制方程

3.5湍流模型的选取

3.6 SIMPLE算法的基本思想

3.7本章小结

第四章混流式水轮机导水机构内部流动

4.1引言

4.2水电站混流式水轮机的主要技术参数

4.3数值解析的基本过程

4.4解析的工况点与边界条件

4.5导水部件的作用原理

4.6无因次分析

4.7导水部件内部流场分布

4.7.1中截面内部流场分布(见图4-3中截面1)

4.7.2上冠附近内部流场分布(见图4-3中截面2)

4.7.3下环附近内部流场分布(见图4-3中截面3)

4.8本章小结

第五章混流式水轮机导水结构损失分析

5.1引言

5.2导水结构内部全能分布

5.3导水结构内部损失分析

5.4导叶表面及出口环面动能及压能分布

5.5本章小结

第六章总结

参考文献

在学期间已发表的论文

致谢