渾水電站用水輪機(jī)水力模型開發(fā)方案研究.pdf

1、近年來，計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)分析——CFD技術(shù)已日趨成熟，它在水輪機(jī)的模型開發(fā)研究和內(nèi)部流場分析方面的應(yīng)用越來越廣泛。CFD數(shù)值模擬能夠較準(zhǔn)確地獲得水輪機(jī)內(nèi)部流場分布及各過流部件內(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提供了技術(shù)支撐，是成功設(shè)計(jì)出高性能水輪機(jī)模型和對現(xiàn)有水輪機(jī)進(jìn)行優(yōu)化的有效手段。
　　 我國的水輪機(jī)泥沙磨損是十分突出的問題，造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。建國以來雖著重進(jìn)行了磨損機(jī)理、抗磨蝕材料及防護(hù)措施等大量實(shí)驗(yàn)研究，取得

2、了一定成效，但這一難題仍未得到滿意解決。由于兩相流工況下水輪機(jī)過流部件的設(shè)計(jì)理論不是十分完善，在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中多數(shù)的設(shè)計(jì)是建立在經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)之上，利用清水設(shè)計(jì)理論并加以修正來設(shè)計(jì)，以至于設(shè)計(jì)出的水輪機(jī)在實(shí)際含沙河流上運(yùn)行時(shí)性能得不到保證。因此，開展新的抗磨損水力模型研究是十分必要的。
　　 本文的主要研究內(nèi)容和創(chuàng)造性成果如下：
　　 1、參照水頭段和比轉(zhuǎn)速相近、性能優(yōu)良的已有轉(zhuǎn)輪水力模型全流道的幾何參數(shù)，采用二元理論ωu≠0

3、的方法，遵照轉(zhuǎn)輪要滿足在一定使用水頭下，有盡可能高的轉(zhuǎn)速和盡可能大的過流能力、較高的最高效率和平均效率，要有良好的空蝕性能、工作穩(wěn)定性和對變工況的適應(yīng)能力等的要求，設(shè)計(jì)出了轉(zhuǎn)輪的初始方案。
　　 2、借助Pro/E對已設(shè)計(jì)出的混流式水輪機(jī)進(jìn)行全流道三維實(shí)體造型；用ICEM對實(shí)體造型劃分網(wǎng)格。對初始設(shè)計(jì)的水力模型方案進(jìn)行數(shù)值模擬，通過分析數(shù)值模擬的結(jié)果對相關(guān)部件的幾何尺寸和形狀做了調(diào)整、修形和改進(jìn)。
　　 3、對固定導(dǎo)葉與

4、活動(dòng)導(dǎo)葉在不同相對位置時(shí)的泥沙磨損情況進(jìn)行了分析，并給出了抗磨損性能較好的導(dǎo)葉相對位置。
　　 4、對水輪機(jī)的大流量工況、設(shè)計(jì)工況、小流量工況進(jìn)行模擬分析，得到各過流部件內(nèi)部詳細(xì)流動(dòng)信息，結(jié)果表明設(shè)計(jì)工況壓力、速度分布最好，非設(shè)計(jì)工況也基本能滿足預(yù)期要求。
　　 5、模擬了顆粒直徑一定，顆粒體積濃度不同時(shí)，在兩相介質(zhì)情況下的流動(dòng)狀況，從模擬結(jié)果可以看出固體顆粒濃度不同對水輪機(jī)過流部件的磨損規(guī)律不盡相同，對于具體河流上的水