基于CFD的混流式水機(jī)轉(zhuǎn)輪改型研究.pdf

1、中小型水電站技術(shù)改造是我國水電事業(yè)發(fā)展的重要組成部分，開展水輪機(jī)過流部件的定常流動(dòng)分析及轉(zhuǎn)輪葉片改型研究，對(duì)于機(jī)組水力性能的改善具有十分重要的意義。
　　本文針對(duì)水電站改造過程中常遇到的問題，以某混流式水輪機(jī)模型為研究對(duì)象，采用CFD技術(shù)分析了不同改型方案對(duì)水輪機(jī)水力性能的影響。首先，根據(jù)已有二維圖紙，應(yīng)用UG進(jìn)行幾何建模，ICEM劃分網(wǎng)格，并采用CFX開展全流道定常流動(dòng)分析。然后，分別對(duì)上冠型線和下環(huán)錐角進(jìn)行改型研究，探討二者對(duì)

2、轉(zhuǎn)輪能量特性、空化性能、過流能力的影響，并重點(diǎn)研究轉(zhuǎn)輪內(nèi)部流場與能量外特性之間的關(guān)系。最后，將葉片用12組不同葉高上的B樣條曲線參數(shù)化，采用Bladegen、MDT、UG對(duì)葉片進(jìn)出口安放角進(jìn)行改型。分析不同進(jìn)口安放角對(duì)水輪機(jī)水力性能的影響，并研究出口安放角、速度三角形和尾水管性能三者之間的關(guān)系。得到如下結(jié)論：
　　(1)上冠型線對(duì)最優(yōu)工況下的水輪機(jī)水力性能基本沒有影響，但對(duì)小流量下的葉道渦以及大流量工況下的過流能力有較大的影響。與

3、原轉(zhuǎn)輪相比，方案4大流量工況的水輪機(jī)效率提高了0.33％，小流量工況提高了0.67％。上冠型線的高低與轉(zhuǎn)輪在各工況下的效率關(guān)系并不是嚴(yán)格單調(diào)的，此點(diǎn)應(yīng)予以重視。
　　(2)小流量工況下，采用較小的下環(huán)錐角，轉(zhuǎn)輪效率高；大流量工況下，采用較大的下環(huán)錐角有利于提升轉(zhuǎn)輪水力性能。但是下環(huán)錐角與轉(zhuǎn)輪效率的變化關(guān)系并不是單調(diào)的，改型中出現(xiàn)了小流量工況時(shí)減小下環(huán)錐角后轉(zhuǎn)輪效率降低的情況。
　　(3)減小進(jìn)口安放角后：①小流量工況下的撞擊

4、損失增大，但是葉道渦的強(qiáng)度減小且渦的位置向葉片中間位置移動(dòng)，使得轉(zhuǎn)輪效率略有增加，同時(shí)由于轉(zhuǎn)輪出口環(huán)量減小，尾水管損失減??；②大流量工況下的沖角變小，葉片頭部正面的回流消失，進(jìn)口水流更加趨向于無撞擊進(jìn)口，轉(zhuǎn)輪效率有所提升。改型后，大流量和小流量工況下的水輪機(jī)效率分別提升了0.61％和0.17％。
　　(4)轉(zhuǎn)輪出口速度三角形對(duì)于葉片出口邊的改型具有較大的指導(dǎo)意義，出口為負(fù)環(huán)量時(shí)，適當(dāng)增大葉片出口安放角可減小環(huán)量的絕對(duì)值，使得出口環(huán)