長短葉片轉(zhuǎn)輪對混流式水輪機水力性能影響的研究.pdf

1、混流式水輪機作為水力設(shè)計中運行范圍最大的機組，在遠離設(shè)計工況運行時，會在流道中產(chǎn)生脫流或者渦帶，導(dǎo)致機組甚至鄰近的混凝土部件振動，產(chǎn)生疲勞應(yīng)力破壞。由水頭變幅較大，運行工況偏離及尾水管補氣效果不顯著等原因?qū)е聶C組產(chǎn)生了特殊壓力脈動，對水輪機穩(wěn)定運行產(chǎn)生了嚴重影響?；炝魇睫D(zhuǎn)輪其防空化、抗磨蝕以及壓力脈動性能越來越成為研究的關(guān)鍵。本文應(yīng)用商用CFD軟件，采用基于有限體積法的數(shù)值模擬，對長短葉片混流式水輪機進行了CFD數(shù)值模擬并對其轉(zhuǎn)輪進行改

2、型且進行了CFD數(shù)值模擬。
　　本文首先對長短葉片轉(zhuǎn)輪全流道與常規(guī)葉片轉(zhuǎn)輪全流道進行建模、網(wǎng)格劃分，對所用網(wǎng)格進行無關(guān)性驗證。使用CFX軟件進行邊界條件設(shè)定，進行定常數(shù)值模擬，研究了長短葉片與常規(guī)葉片在相同進口條件下的流場特性與能量特性。研究結(jié)果表明：長短葉片轉(zhuǎn)輪具有更好的能量特性，可以改善轉(zhuǎn)輪的空化性能，降低轉(zhuǎn)輪出口環(huán)量，改善尾水管壓力脈動狀況。其次，對兩種轉(zhuǎn)輪的機組的進行全流道非定常數(shù)值模擬，研究了長短葉片與常規(guī)葉片在非定常條

3、件下的轉(zhuǎn)輪內(nèi)部壓力脈動特性與渦量場分布規(guī)律。研究表明：長短葉片轉(zhuǎn)輪能夠降低轉(zhuǎn)輪內(nèi)部以及轉(zhuǎn)輪出口處的壓力脈動波動與振動幅值，分散渦量場區(qū)域，減少葉道渦的產(chǎn)生，改善轉(zhuǎn)輪與尾水管的壓力脈動現(xiàn)象。然后，對長短葉片進行轉(zhuǎn)輪改型設(shè)計，改變短葉片的圓周安放位置，設(shè)計了四種轉(zhuǎn)輪模型并利用之前的網(wǎng)格模型加以修改后進行CFD全流道定常數(shù)值模擬，研究不同短葉片圓周安放位置下的轉(zhuǎn)輪流場特性與能量特性。研究結(jié)果表明：當(dāng)短葉片圓周安放位置位于兩長葉片中間位置時，轉(zhuǎn)

4、輪效率最高、水力損失最小，流動特性最為良好，且具有最小的出口環(huán)量，有利于尾水管流態(tài)的改善。最后，對四種轉(zhuǎn)輪模型在定常計算的基礎(chǔ)上進行全流道非定常數(shù)值模擬，研究不同短葉片圓周安放位置下的轉(zhuǎn)輪壓力脈動特性與渦量場特性。研究結(jié)果表明：轉(zhuǎn)輪進口流道的寬窄影響著進出口的壓力脈動與振動幅值，當(dāng)短葉片圓周安放位置位于兩長葉片中間位置時兩側(cè)的壓力脈動振動幅值比較接近，渦量變化較為平穩(wěn)，流場動能的耗散較小。為研究轉(zhuǎn)輪流道寬窄對壓力脈動的影響以及對流道內(nèi)渦