混流式水輪機(jī)全部通流元件的三維湍流流場分析與性能預(yù)測.pdf

1、本文在三維時(shí)均N-S方程的基礎(chǔ)上，運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型和RNGk-ε模型對一模型混流式水輪機(jī)引水元件、轉(zhuǎn)輪和尾水管進(jìn)行了單獨(dú)計(jì)算和聯(lián)合計(jì)算，數(shù)值模擬了水輪機(jī)各通流元件內(nèi)部三維湍流流場，并根據(jù)流場計(jì)算結(jié)果對水輪機(jī)的能量性能和空化性能進(jìn)行了預(yù)測。 通過對蝸殼、座環(huán)和導(dǎo)葉進(jìn)行聯(lián)合計(jì)算，得到了引水元件內(nèi)部合理的壓力和流速分布，得出速度矩在整個(gè)蝸殼內(nèi)部的分布與vuR=常數(shù)的設(shè)計(jì)理論相符、蝸殼設(shè)計(jì)中蝸殼出口徑向速度沿周向均布的假設(shè)是合理的結(jié)論

2、，并根據(jù)座環(huán)支柱進(jìn)口水流方向以及導(dǎo)葉出口水流速度及環(huán)量沿周向的不均勻分布，為座環(huán)的水力設(shè)計(jì)和轉(zhuǎn)輪三維湍流計(jì)算提出參考意見。 根據(jù)引水元件內(nèi)部流場計(jì)算結(jié)果，對引水元件水力損失進(jìn)行了計(jì)算與分析。研究表明，隨著網(wǎng)格密度的增加，計(jì)算精度提高；對葉片附近進(jìn)行細(xì)密的網(wǎng)格劃分，可明顯提高計(jì)算精度；進(jìn)口邊界條件中參數(shù)的正確設(shè)置是非常重要的；在合適的網(wǎng)格密度、局部網(wǎng)格加密和計(jì)算參數(shù)的正確設(shè)置下，采用壓力出口邊界條件計(jì)算的引水元件水力損失與實(shí)際較為

3、吻合：計(jì)算域出口位置對引水元件水力損失的計(jì)算影響較小。 通過模型水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪單流道三維定常湍流計(jì)算和轉(zhuǎn)輪與尾水管三維定常湍流聯(lián)合計(jì)算的結(jié)果對比可見，兩者都可以得到水輪機(jī)通流元件內(nèi)部的流動(dòng)細(xì)節(jié)，但從轉(zhuǎn)輪效率的計(jì)算結(jié)果可以看到，單流道計(jì)算結(jié)果更為合理，考慮引水元件和轉(zhuǎn)輪水力損失后的水輪機(jī)效率與實(shí)測值更為接近。在現(xiàn)有計(jì)算資源條件下，針對一模型水輪機(jī)，提出了一種將多部件聯(lián)合計(jì)算與轉(zhuǎn)輪單流道計(jì)算相結(jié)合的方法，對水輪機(jī)能量性能進(jìn)行了預(yù)測，本模

4、型水輪機(jī)計(jì)算效率的最大相對誤差僅為為0.9％。該方法現(xiàn)實(shí)可行且精度較高，對水輪機(jī)能量性能預(yù)測有一定的參考價(jià)值。 根據(jù)模型水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪單流道三維定常湍流數(shù)值模擬結(jié)果，用理論計(jì)算的方法得到了水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的初生空化系數(shù)，并與實(shí)測的水輪機(jī)臨界空化系數(shù)進(jìn)行了比較。由計(jì)算結(jié)果可見，計(jì)算值和實(shí)測值的變化規(guī)律相同，數(shù)值大小符合實(shí)際。 本文所取得的研究成果對優(yōu)化混流式水輪機(jī)的設(shè)計(jì)，正確進(jìn)行水輪機(jī)通流元件的數(shù)值計(jì)算，正確預(yù)測水輪機(jī)的水力性能具有