長(zhǎng)短葉片轉(zhuǎn)輪對(duì)混流式水輪機(jī)水力性能影響的研究.pdf

1、混流式水輪機(jī)作為水力設(shè)計(jì)中運(yùn)行范圍最大的機(jī)組，在遠(yuǎn)離設(shè)計(jì)工況運(yùn)行時(shí)，會(huì)在流道中產(chǎn)生脫流或者渦帶，導(dǎo)致機(jī)組甚至鄰近的混凝土部件振動(dòng)，產(chǎn)生疲勞應(yīng)力破壞。由水頭變幅較大，運(yùn)行工況偏離及尾水管補(bǔ)氣效果不顯著等原因?qū)е聶C(jī)組產(chǎn)生了特殊壓力脈動(dòng)，對(duì)水輪機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生了嚴(yán)重影響。混流式轉(zhuǎn)輪其防空化、抗磨蝕以及壓力脈動(dòng)性能越來(lái)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(duì)長(zhǎng)短葉片混流式水輪機(jī)進(jìn)行了CFD數(shù)值模擬并對(duì)其轉(zhuǎn)輪進(jìn)行改

2、型且進(jìn)行了CFD數(shù)值模擬。
　　本文首先對(duì)長(zhǎng)短葉片轉(zhuǎn)輪全流道與常規(guī)葉片轉(zhuǎn)輪全流道進(jìn)行建模、網(wǎng)格劃分，對(duì)所用網(wǎng)格進(jìn)行無(wú)關(guān)性驗(yàn)證。使用CFX軟件進(jìn)行邊界條件設(shè)定，進(jìn)行定常數(shù)值模擬，研究了長(zhǎng)短葉片與常規(guī)葉片在相同進(jìn)口條件下的流場(chǎng)特性與能量特性。研究結(jié)果表明：長(zhǎng)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(dòng)狀況。其次，對(duì)兩種轉(zhuǎn)輪的機(jī)組的進(jìn)行全流道非定常數(shù)值模擬，研究了長(zhǎng)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(dòng)特性與渦量場(chǎng)分布規(guī)律。研究表明：長(zhǎng)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(dòng)波動(dòng)與振動(dòng)幅值，分散渦量場(chǎng)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(dòng)現(xiàn)象。然后，對(duì)長(zhǎng)短葉片進(jìn)行轉(zhuǎn)輪改型設(shè)計(jì)，改變短葉片的圓周安放位置，設(shè)計(jì)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(jìn)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(chǎng)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(zhǎng)葉片中間位置時(shí)，轉(zhuǎn)

4、輪效率最高、水力損失最小，流動(dòng)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(duì)四種轉(zhuǎn)輪模型在定常計(jì)算的基礎(chǔ)上進(jìn)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(dòng)特性與渦量場(chǎng)特性。研究結(jié)果表明：轉(zhuǎn)輪進(jìn)口流道的寬窄影響著進(jìn)出口的壓力脈動(dòng)與振動(dòng)幅值，當(dāng)短葉片圓周安放位置位于兩長(zhǎng)葉片中間位置時(shí)兩側(cè)的壓力脈動(dòng)振動(dòng)幅值比較接近，渦量變化較為平穩(wěn)，流場(chǎng)動(dòng)能的耗散較小。為研究轉(zhuǎn)輪流道寬窄對(duì)壓力脈動(dòng)的影響以及對(duì)流道內(nèi)渦