30米水頭段混流式水輪機(jī)水力模型開發(fā)方案研究.pdf

1、計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)分析--CFD數(shù)值模擬計(jì)算技術(shù)能較準(zhǔn)確地獲得水輪機(jī)內(nèi)部流場分布及過流部件內(nèi)部流動(dòng)狀態(tài)信息，為研究水輪機(jī)水力模型的水力性能與穩(wěn)定性提供理論依據(jù)。
　　 在低水頭段水輪機(jī)的設(shè)計(jì)中，由于中高比轉(zhuǎn)速混流式水輪機(jī)具有效率較高、高效區(qū)寬、結(jié)構(gòu)緊湊、運(yùn)行穩(wěn)定等優(yōu)勢，備受中小水電站青睞。本課題針對30米水頭段的混流式水輪機(jī)進(jìn)行了設(shè)計(jì)與優(yōu)化，運(yùn)用CFD流場仿真技術(shù)對混流式水輪機(jī)的內(nèi)部流動(dòng)情況進(jìn)行分析研究，最終開發(fā)出一個(gè)性能優(yōu)良的混流

2、式水輪機(jī)的水力模型方案。
　　 本文主要的研究工作和創(chuàng)新性成果如下：
　　 1、參照水頭段和比轉(zhuǎn)速相近、性能優(yōu)良的HL240水力模型全流道的幾何參數(shù)，采用ω=0的二元理論設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)出適合于28m-35m水頭段混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪；
　　 2、借助Pro/E三維造型軟件對已設(shè)計(jì)出的中高比轉(zhuǎn)速HL280水輪機(jī)水力模型初始方案進(jìn)行全流道三維造型，并用ICEM軟件進(jìn)行了全流道網(wǎng)格劃分，為提高過流部件內(nèi)部流動(dòng)CFD數(shù)值模擬

3、精度及其性能預(yù)測的準(zhǔn)確性奠定呵靠的基礎(chǔ)；
　　 3、針對水輪機(jī)蝸殼常規(guī)水力設(shè)計(jì)方法中存在的不足，合理劃分水輪機(jī)蝸殼內(nèi)的水力損失，建立水輪機(jī)蝸殼內(nèi)的水力損失計(jì)算模型，采用以沿水輪機(jī)蝸殼周向斷面的速度矩分布規(guī)律為設(shè)計(jì)變量的水輪機(jī)蝸殼的設(shè)計(jì)方法，對水輪機(jī)蝸殼進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，達(dá)到減小水力損失，提高水輪機(jī)蝸殼水力性能的目的；
　　 4、通過對中高比轉(zhuǎn)速混流式水輪機(jī)活動(dòng)導(dǎo)葉的翼型(正曲率導(dǎo)葉、負(fù)曲率導(dǎo)葉、對稱導(dǎo)葉)及同一翼型的活動(dòng)導(dǎo)

4、葉與固定導(dǎo)葉的不同周向相對位置分別進(jìn)行了數(shù)值模擬，并將其對水輪機(jī)流場分布與效率的影響進(jìn)行了分析。得出對于本課題研究的中高比轉(zhuǎn)速混流式水輪機(jī)，正曲率導(dǎo)葉能夠較好的滿足轉(zhuǎn)輪對來流的條件要求；活動(dòng)導(dǎo)葉與固定導(dǎo)葉相對位置也對流場和機(jī)組的性能有一定影響，并給出了兩者的最佳匹配的關(guān)系式；
　　 5、采用CFD流場仿真軟件對運(yùn)行中的典型工況(大流量工況、設(shè)計(jì)工況和小流量工況)共25個(gè)計(jì)算工況點(diǎn)的運(yùn)行狀況進(jìn)行了數(shù)值模擬，并以模擬結(jié)果獲得的流場信