1500米水頭段多級(jí)能量回收透平水力模型方案的開(kāi)發(fā)研究.pdf

1、能源是可以直接或通過(guò)轉(zhuǎn)換提供人類(lèi)所需的有用的資源。能源是國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要基礎(chǔ),也是人們生產(chǎn)和生活的重要物質(zhì)基礎(chǔ)保障。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,能源問(wèn)題已成為了世界所關(guān)注的焦點(diǎn)。能量回收水力透平可以將工質(zhì)流體中含有的機(jī)械能進(jìn)一步回收利用,以降低能量的損耗,因此隨著能量回收水力透平應(yīng)用領(lǐng)域的增大,人們對(duì)其性能有了更高的要求。近幾年,計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)----CFD技術(shù)己日臻成熟,它在流體機(jī)械的模型開(kāi)發(fā)研究和內(nèi)部流場(chǎng)分析方面的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。CFD數(shù)值模

2、擬能夠較準(zhǔn)確地獲得流體機(jī)械內(nèi)部流場(chǎng)分布及各過(guò)流部件內(nèi)部流動(dòng)狀態(tài)信息,為研究流體機(jī)械的性能提供了技術(shù)支撐,是成功設(shè)計(jì)出高性能流體機(jī)械模型和對(duì)現(xiàn)有流體機(jī)械進(jìn)行優(yōu)化的有效手段。目前,能量回收水力透平的設(shè)計(jì)理論還不成熟。就工作原理而言,能量回收水力透平相當(dāng)于超低比轉(zhuǎn)速的水輪機(jī),將工質(zhì)流體中的能量轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能。但相對(duì)于多級(jí)的能量回收水力透平機(jī),它又與多級(jí)泵有相似之處。傳統(tǒng)意義上,認(rèn)為泵的反轉(zhuǎn)就是能量回收水力透平機(jī),但泵反轉(zhuǎn)并不是完全符合能量

3、回收水力透平機(jī)的流動(dòng)狀態(tài)和運(yùn)行工況,因此性能比較差。為此,開(kāi)發(fā)出性能優(yōu)良的能量回收水力透平機(jī),能更加充分、有效地回收能量資源,把潛在的資源優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)化成經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益,具有一定的學(xué)術(shù)價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。
　　 本研究針對(duì)1500m水頭段的能量回收水力透平進(jìn)行設(shè)計(jì)和優(yōu)化,運(yùn)用CFD流場(chǎng)仿真技術(shù)對(duì)能量回收水力透平機(jī)的內(nèi)部流動(dòng)進(jìn)行探討研究。計(jì)算以連續(xù)性方程、雷諾時(shí)均N.S方程作為其控制方程,采用標(biāo)準(zhǔn)κ-ε雙方程湍流模型使方程組封閉。流速、

4、壓力的求解采用SIMPLE算法實(shí)現(xiàn),離散采用具有二階精度的隱式格式差分。計(jì)算結(jié)果詳細(xì)地顯示出透平內(nèi)全流道的流速和壓力分布,驗(yàn)證了設(shè)計(jì)方法的科學(xué)性。最終開(kāi)發(fā)出了一個(gè)性能比較優(yōu)良的九級(jí)能量回收水力透平機(jī)的水力模型方案。主要研究?jī)?nèi)容如下：⑴依據(jù)已有的幾何參數(shù),將1500m水頭段的能量回收水力透平機(jī)的級(jí)數(shù)分別確定為八級(jí),九級(jí)和十級(jí),運(yùn)用一元理論設(shè)計(jì)方法,借鑒混流式水輪機(jī)和多級(jí)泵的設(shè)計(jì)理論,對(duì)相應(yīng)級(jí)數(shù)的轉(zhuǎn)輪和過(guò)流部件進(jìn)行了水力設(shè)計(jì)計(jì)算。⑵借助Pr

5、o/E對(duì)已設(shè)計(jì)出的能量回收水力透平機(jī)的轉(zhuǎn)輪和過(guò)流部件分別進(jìn)行了三維實(shí)體造型;用ICEM和Gambit對(duì)實(shí)體造型劃分非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格,比較了ICEM和Gambit劃分網(wǎng)格的優(yōu)缺點(diǎn),分析和解決了網(wǎng)格劃分階段易出現(xiàn)有洞和碎面的問(wèn)題,提出了ICEM和Gambit結(jié)合畫(huà)網(wǎng)格的方法。⑶對(duì)初始設(shè)計(jì)的水力模型方案進(jìn)行數(shù)值模擬,通過(guò)分析數(shù)值模擬的結(jié)果對(duì)相關(guān)部件的幾何尺寸做了改善。通過(guò)對(duì)不同級(jí)數(shù)的能量回收水力透平機(jī)的模擬結(jié)果的比較,提出了本水頭段透平機(jī)最適合的