文档介绍：兰州理工大学
硕士学位论文
混流式水轮机转轮内部流场计算研究
姓名:冯俊豪
申请学位级别:硕士
专业:流体机械及工程
指导教师:齐学义
20060601
摘要混流式水轮机以其技术成熟、造价低廉,以及比转速涵括范围宽等特点,已广事业高速发展的需要,混流式水轮机的需求量越来越大。因此,提高水轮机的水力值模拟成为目前流体机械内部流动及其性能研究的主要方法与手段之一。本文应用辅以壁面函数法,对B趾桶ㄗB衷谀诘幕槎握骞魍ǖ勒饬街旨扑方案做了内流场的数值模拟;从速度和压力分布的角度研究和探讨了其能量转换的ザ宰B趾投哉龌槎喂魍ǖ赖牧街旨扑惴桨甘的D饨峁疽恢拢关键词:混流式水轮机,内部流动,湍流,泛应用于从几米到几百米水头段。随着水电设备国际市场重心转向我国及我国水电性能和工作稳定性具有十分重要的现实意义。随着计算技术与计算机的发展及对旋转流体机械内部流动机理研究的深入,数软件,采用伊算法和标准七一牧髂P汀⒒谟邢蘅刂铺寤ǎ机理与各工况下转轮内部流动的特性,及其对外特性的影响,以期对转轮内部流动有较为全面的了解,从而寻找出提高其性能的措旌;为其性能的提高提供可靠的科学依据。本文通过对该转轮内部流动的数值模拟,着重考察了转轮内部流动的速度、压力分布以及二次流的情况,并对不同工况下的水力性能及空蚀性能进行了定量预估。经分析和数值模拟结果显示:这两种计算方案所得到的速度和压力分布非常相似,压力的最高相对计算误差不超过:谄ɡ肷杓乒た觯绕涫窃谛×髁抗た鱿伦B忠镀趁妗⒔叽Φ乃俣取压力分布不均匀;而且在靠近下环进口处有小的旋涡区存在;在靠近上冠处有二次流,即所谓的“横流”现象。所有这些都是影响该转轮性能的重要因素。由此,针对出现的以上现象,提出了相应的改进措施,如减小叶片进口角等。
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第滦髀§混流式水轮机概述就出现了轮式水车,这就是现代水轮机的雏形——水水能是一种绿色能源,对水能的利用情况几乎可以反映一个国家的发达程度⋯。我国的水力资源十分丰富,根据全国水力资源复查成果,我国水力资源的技术可开发装机谇撸每煽7⒆,居世界首位,但是目前仅开发了不到%水轮机是将水能转化为电能的核心部件。随着科学技术的日新月异,混流式水轮机技术和比较低廉的造价,使得很多电站在转速、容量和水头相匹配的情况下选用了这种速,同时还应有更高的平均运行效率、良好的空蚀性能和工作稳定性。尤其是在混流式从上个世纪八、九十年代开始,计算流体力学础上开发出性能优良的新水力模型,已经成为水力机械开发、研究的基本手段之一。与缩短产品开发周期;而且大幅度地降低了开发成本,具有巨大的经济效益和社会效益。水轮机是将水流的能量转换为旋转机械能的动力机械。早在公元前兰停诘刂泻6ú康奈餮堑厍轮。这种原始的水力机械一般用于农田提灌和推动水磨加工粮食等简单的水力驱动溲哟笾潞拖执现代水轮机则大多数安装在水电站用于驱动发电机发电。上游水库中的水经引水管引向水轮机,推动水轮机旋转,带动发电机发电,做完功的水则经过尾水管排向下游。一般来说,水头越高、流量越大,水轮机的输出功率也就越大。使用水头范围不断扩大,适用于从几米到几百米的水头段范围,而且由于其基本成熟的型式的转轮【8咝阅艿幕炝魇剿只G笤诟ǖ奶跫率顾杓频淖B钟懈叩谋茸水轮机单机功率增长迅速,巨型机组相继出现的情况下,这样的要求就显得特别重要。称开始成为水力机械研究的一种重要手段。利用际醵粤魈寤到心诓流场模拟,找出不同比转速转轮内部流动规律以及影响其性能的主要因素,并在这个基传统的只依靠试验的方法相比,这种方法不仅可以快速开发出高性能的水力模型,大大用于观光的水车相似,如图所示。硕士学位论文图【凇
型。由美国工程师ダ饰魉于年发明,故又称为綾水轮机。在§混流式水轮机的国内外技术现状钢,或直接采用不锈钢叶片⋯”。旋转,工作过程中水流的压力不变,主要是动能向机械能的转换;反击式力能和动能均有改变,但主要是压力能向机械能的转换【。混流式水轮机中,水流径向流入、轴向流出。其大致样子如图所示。与轴流转桨式相比,混流式水轮机结构简单、最高效率高罡咝视械囊丫,适用的水混流式转轮一般采用低碳钢或低合金钢铸造,或者采用铸焊、压焊结构。采用铸焊、压焊结构能降低成本,并使流道尺寸更精确,流道表面更光滑,有利于提高转轮的效率。为提高转轮抗空蚀和抗泥沙磨损性能,可在容易发生空蚀的部位喷涂抗磨层、,经历了一个由仿制到自主开发的过程。上个世纪年代初,我国按照前苏联优秀的水力模型,开始仿制混流式水轮机。年代末至年代初,我国研制了一批优秀的混流式转轮模型,其水力性能已与当