含沙水中锦屏二级水电站水轮机内部流动及性能预测研究

摘要

水轮机作为水力发电系统中的核心部件，对水力发电系统的整体性能起着决定性的作用。我国含沙河流众多，水轮机在含沙水流中运行所受到的破坏相当严重。因此含沙中水轮机内部流动及性能预测的研究就具有很高的理论意义和实际价值。锦屏二级水电站是一大型水电站，过流含沙量高，对其水轮机内部流动的研究和性能预测就显得更是必要。本研究基于锦屏二级水电站特定的水文条件，着力开展5个工况下的研究工作。
　　根据该电站所给出的参数建立该混流式水轮机的全流道几何模型，并应用CFD软件所建立的三维固液两相流湍流数值模拟模型，对水轮机转轮内部固液两相湍流进行研究以及利用计算结果对水轮机内部流动和性能进行分析预测。
　　本研究完成的主要工作内容如下:
　　1.根据水电站提供的实际参数，对水轮机过流部件蜗壳、座环、转轮和尾水管进行了三维几何建模。将建好的水轮机三维模型导入Gambit软件中，对各过流部件依次进行网格划分；
　　2.利用Fluent软件对水轮机各主要部件进行边界设定、参数选择、求解计算等一系列操作。将已经做好的网格文件导入软件后设置边界条件等参数并对各个工况进行计算；
　　3.对结果进行后处理，得到了各个工况下计算流体区域的压力分布和泥沙颗粒浓度分布，分析流体流动状态以及泥沙颗粒的浓度变化；
　　4.通过对比和分析各工况下水轮机内部固液两相流动特征，获取水轮机各过流部件的流动信息，在定量和定性两个方面预测该电站水轮机的性能，以及泥沙对水力发电系统的影响。

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1 绪论

1.1 课题来源

1.2 课题研究的背景、目的及意义

1.3 国内外研究进展

1.4 本课题的主要研究内容

2 水轮机固液两相流动模型及计算方法

2.1 引言

2.2 固液两相流动的基本控制方程

2.3 三维湍流计算模型

2.4 数值计算方法

3 水轮机三维计算模型的建立及网格划分

3.1 水轮机的基本设计参数

3.2 三维计算模型的建立及网格划分

4 锦屏二级水电站水轮机内部数值模拟结果及性能分析

4.1 计算参数

4.2 工况 1 计算结果

4.3 工况 2 计算结果

4.4 工况 3 计算结果

4.5 工况 4 计算结果

4.6 工况 5 计算结果

5 结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢