基于CFD间隙对混流式水轮机水力性能影响研究

摘要

在多泥沙河流中水轮机过流部件存在间隙磨蚀，可能会危及安全稳定运行。本文以某中高比转速混流式水轮机为对象研究在含沙水中导叶端面间隙及转轮下环间隙对水轮机水力性能的影响。根据已有二维图纸通过UG软件对水轮机进行三维全流道几何建模，并采用ICEM对模型进行网格的划分，在各个工况下运用ANSYS CFX软件以清水、含沙水为介质分析水轮机内部流态特性，总结这两种间隙对水轮机运行特性影响以及在含沙水工况下水轮机各部件磨蚀特点。
　　本研究主要内容包括：⑴不同大小导叶端面间隙对水轮机各过流部件的磨损规律不完全相同，上端面的压力分布梯度较小，随着间隙的增大背面的压力减小。下端面压力梯度分布明显，随着间隙的增大压力分布变得更加不均匀，低压区往下端面背面尾部扩大。⑵下环间隙的内外壁面压力分布不均匀，是导致水流的脉动产生机组的自激振动的主要原因。考虑间隙后水流从导叶流出后，流入转轮前有个很小的分流会产生局部撞击从而影响流入转轮的水流流态，并且下环密封间隙的泄漏流量经压力腔减压后汇合转轮出流一同流向尾水管会扰乱尾水管水流流体。⑶由计算结果显示：不论是在何种工况下，蜗壳鼻端、蜗壳底部靠外侧区域、活动导叶和固定导叶头部、转轮进出水边及叶片背面下侧三角区始终是机组的磨损部位。

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1绪论

1.1研究背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.3电厂运行中存在的问题

1.4本文的主要研究内容

2水轮机几何模型的建立及网格划分

2.1过流部件的建模

2.2水轮机各部件的网格划分

2.3本章小结

3全流道三维定常流动数值模拟

3.1数值求解方法

3.2固液两相流基本方程

3.3两相流计算模型

3.4流体计算域设置

3.5边界条件设置

3.6设置求解器

3.7本章小结

4.导叶端面间隙流数值解析及性能分析

4.1清水工况数值模拟

4.2固液两相流工况数值模拟

4.3本章小结

5下环间隙流数值解析及性能分析

5.1清水工况数值模拟

5.2固液两相流工况数值模拟

5.3本章小结

6总结与展望

6.1总结

6.2展望

致谢

参考文献