考慮輪緣間隙的貫流式水輪機性能分析.pdf

1、隨著現(xiàn)代計算機技術的高速發(fā)展,計算流體動力學(CFD)在研究水力機械的領域中取得了長足的發(fā)展,越來越多的應用到水力機械內(nèi)部流場的數(shù)值模擬中。本文利用大型CFD軟件CFX5對燈泡貫流式水輪機進行了全三維數(shù)值模擬,預估了水輪機的能量性能;計算分析了不同工況點不同輪緣間隙大小下的間隙流動。本文采用CAD軟件分別對活動導葉和轉輪區(qū)域三維實體造型,從而得到流場計算的三維幾何模型。采用基于雷諾時均N-S方程標準k -ε湍流模型,在非結構化網(wǎng)格中,應

2、用基于有限元的有限體積法進行方程離散,利用壓力校正法進行數(shù)值求解。選取6組單位轉速和11組活動導葉開度共計66個工況點,計算了燈泡貫流式水輪機的內(nèi)部穩(wěn)定流場,預估了水輪機的能量性能,根據(jù)計算結果繪制水輪機導葉等開度線和等效率曲線。將數(shù)值模擬計算結果與試驗數(shù)據(jù)進行比較,深入分析了誤差來源,驗證了計算方法的可靠性。選取三個不同工況點,包括水輪機槳葉轉角φ=0°、轉角φ=20°和轉角φ=30°,對每個工況點分別計算無輪緣間隙、間隙0.25mm

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