基于CFD的长短叶片型水泵水轮机转轮优化设计

摘要

为提高水泵水轮机综合效率,提出一种长短叶片型转轮以改善机组运行在发电与抽水两工况下内流特性。以可逆式水泵水轮机作为研究对象,将长短叶片数目与骨线出口边直径比例作为优化目标切入点,借用软件SolidWorks建立不同的水泵水轮机三维模型,并通过CFD数值模拟手段验证优化思路。ICEM软件用于划分各过流域网格,分离涡湍流模型(DES)用于求解内流场,重点研究水轮机工况与水泵工况下可逆机组内流场特性并量化运行参数。研究结果表明:长短叶片转轮相对全长叶片转轮在抗空化性能方面表现出较好的优良性,具体体现在叶片宽口边有回压。6长6短、7长7短、8长8短叶片转轮在水轮机工况下效率分别提高了3.463%、3.198%和1.119%;水泵工况下6长6短和8长8短叶片转轮效率均降低约4个百分点,而7长7短叶片转轮效率提升约4个百分点。此外,长叶片骨线出口边直径与短叶片骨线出口边直径最优比例为2/3。研究成果可为新一代水力机械的设计提供一定的参考。