考慮輪緣間隙的貫流式水輪機(jī)性能分析.pdf

1、隨著現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展,計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(CFD)在研究水力機(jī)械的領(lǐng)域中取得了長足的發(fā)展,越來越多的應(yīng)用到水力機(jī)械內(nèi)部流場的數(shù)值模擬中。本文利用大型CFD軟件CFX5對(duì)燈泡貫流式水輪機(jī)進(jìn)行了全三維數(shù)值模擬,預(yù)估了水輪機(jī)的能量性能;計(jì)算分析了不同工況點(diǎn)不同輪緣間隙大小下的間隙流動(dòng)。本文采用CAD軟件分別對(duì)活動(dòng)導(dǎo)葉和轉(zhuǎn)輪區(qū)域三維實(shí)體造型,從而得到流場計(jì)算的三維幾何模型。采用基于雷諾時(shí)均N-S方程標(biāo)準(zhǔn)k -ε湍流模型,在非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格中,應(yīng)

2、用基于有限元的有限體積法進(jìn)行方程離散,利用壓力校正法進(jìn)行數(shù)值求解。選取6組單位轉(zhuǎn)速和11組活動(dòng)導(dǎo)葉開度共計(jì)66個(gè)工況點(diǎn),計(jì)算了燈泡貫流式水輪機(jī)的內(nèi)部穩(wěn)定流場,預(yù)估了水輪機(jī)的能量性能,根據(jù)計(jì)算結(jié)果繪制水輪機(jī)導(dǎo)葉等開度線和等效率曲線。將數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較,深入分析了誤差來源,驗(yàn)證了計(jì)算方法的可靠性。選取三個(gè)不同工況點(diǎn),包括水輪機(jī)槳葉轉(zhuǎn)角φ=0°、轉(zhuǎn)角φ=20°和轉(zhuǎn)角φ=30°,對(duì)每個(gè)工況點(diǎn)分別計(jì)算無輪緣間隙、間隙0.25mm

3、、0.5mm和1.0mm幾種不同情況輪緣間隙流動(dòng)。在流場計(jì)算的基礎(chǔ)上通過計(jì)算得到在不同工況和不同輪緣間隙大小下水輪機(jī)的效率、間隙泄漏量和計(jì)算水頭降低值。重點(diǎn)分析了不同工況下貫流式水輪機(jī)輪緣間隙內(nèi)部、葉片表面和輪緣間隙泄漏流動(dòng)的流速分布規(guī)律。在水輪機(jī)槳葉轉(zhuǎn)角φ=20°工況下間隙流動(dòng)對(duì)主流的影響較小,在偏離φ=20°工況下間隙流動(dòng)明顯。在槳葉小轉(zhuǎn)角φ=0°時(shí),間隙流動(dòng)在葉片輪緣處由葉片壓力面進(jìn)入吸力面,形成泄漏渦帶;在槳葉大轉(zhuǎn)角φ=30°時(shí)