混流式水輪機轉(zhuǎn)輪內(nèi)部流場計算研究.pdf

1、混流式水輪機以其技術(shù)成熟、造價低廉，以及比轉(zhuǎn)速涵括范圍寬等特點，已廣泛應(yīng)用于從幾米到幾百米水頭段。隨著水電設(shè)備國際市場重心轉(zhuǎn)向我國及我國水電事業(yè)高速發(fā)展的需要，混流式水輪機的需求量越來越大。因此，提高水輪機的水力性能和工作穩(wěn)定性具有十分重要的現(xiàn)實意義。 隨著計算技術(shù)與計算機的發(fā)展及對旋轉(zhuǎn)流體機械內(nèi)部流動機理研究的深入，數(shù)值模擬成為目前流體機械內(nèi)部流動及其性能研究的主要方法與手段之一。本文應(yīng)用FLUENT軟件，采用SIMPLE算法

2、和標準k-ε湍流模型、基于有限控制體積法，并輔以壁面函數(shù)法，對HL260轉(zhuǎn)輪和包括轉(zhuǎn)輪在內(nèi)的機組段整體過流通道這兩種計算方案做了內(nèi)流場的數(shù)值模擬；從速度和壓力分布的角度研究和探討了其能量轉(zhuǎn)換的機理與各工況下轉(zhuǎn)輪內(nèi)部流動的特性，及其對外特性的影響，以期對轉(zhuǎn)輪內(nèi)部流動有較為全面的了解，從而尋找出提高其性能的措施；為其性能的提高提供可靠的科學依據(jù)。 本文通過對該轉(zhuǎn)輪內(nèi)部流動的數(shù)值模擬，著重考察了轉(zhuǎn)輪內(nèi)部流動的速度、壓力分布以及二次流的

3、情況，并對不同工況下的水力性能及空蝕性能進行了定量預估。經(jīng)分析和數(shù)值模擬結(jié)果顯示： 1.單對轉(zhuǎn)輪和對整個機組段過流通道的兩種計算方案數(shù)值模擬結(jié)果基本一致；這兩種計算方案所得到的速度和壓力分布非常相似，壓力的最高相對計算誤差不超過1.21‰； 2.在偏離設(shè)計工況，尤其是在小流量工況下轉(zhuǎn)輪葉片正背面、進水邊處的速度、壓力分布不均勻；而且在靠近下環(huán)進口處有小的旋渦區(qū)存在；在靠近上冠處有二次流，即所謂的“橫流”現(xiàn)象。所有這些都是