高水頭混流復合式轉(zhuǎn)輪內(nèi)部流動及其性能研究.pdf

1、我國水力資源豐富，且主要集中在西部，其特點是落差大，多泥沙。混流式機型在轉(zhuǎn)速、容量和水頭相匹配的情況下，相對于沖擊式有許多優(yōu)越性，特別是復合葉柵的轉(zhuǎn)輪以其出力大，運行穩(wěn)定，抗磨蝕性能好，效率高等優(yōu)勢，得到了較普遍的認可。為了使寶貴的可再生清潔能源得到盡可能充分地開發(fā)和利用，本文針對125m水頭段水力資源，擬開發(fā)出一個新的性能優(yōu)良的水輪機復合轉(zhuǎn)輪水力模型方案。在計算機輔助設計（CAD）和計算流體動力學CFD數(shù)值計算技術(shù)的支持下，對復合轉(zhuǎn)輪

2、內(nèi)部流動進行研究和探討，旨在找出短葉片翼型及其布置位置等對全流場內(nèi)部流動及性能的規(guī)律，完善短葉片及轉(zhuǎn)輪的設計方法，具有很高的學術(shù)價值和重要工程現(xiàn)實意義。若取得成果應用前景廣闊。 作者在適用于該水頭段的常規(guī)水輪機中選取一個性能較優(yōu)良的轉(zhuǎn)輪作為初始方案，根據(jù)設計參數(shù)，選取HL153-600型轉(zhuǎn)輪作為初始轉(zhuǎn)輪模型，擬開發(fā)出性能優(yōu)良的HL153-460型水輪機復合轉(zhuǎn)輪水力模型方案，主要研究內(nèi)容和創(chuàng)造性成果如下： 1．根據(jù)水輪機相

3、似原理和設計參數(shù)要求，設計出優(yōu)良的復合葉輪長葉片；短葉片及其葉柵的設計基于長葉片木模圖，文中以對應水平截面的長葉片工作面為其短葉片的工作面，沿水平截面與長葉片成比例縮放，借助于Proe/E強大的實體和編輯功能，快速生成短葉片的三維實體模型，經(jīng)Pro/E的曲面分析其工作面和背面基本上達到光滑度要求，可以作為短葉片葉柵的基礎(chǔ)模型。 2．以長短葉片數(shù)，短葉片周向偏置度，長短葉片的長度比值作為參數(shù)進行轉(zhuǎn)輪水力設計，保持短葉片與長葉片為同

4、一進口位置，其他徑向偏置不做考慮，進行多方案改進設計，對包括蝸殼和尾水管在內(nèi)的全流場進行數(shù)值模擬，針對其中一個設計方案，采用不同的湍流模型，網(wǎng)格數(shù)以及迭代殘差，盡可能把人為誤差控制在最小范圍內(nèi)，確保后期計算結(jié)果的穩(wěn)定性和準確性。通過數(shù)值分析預測了各設計方案的性能曲線，得到了添加短葉葉柵后對水輪機性能的影響趨勢：η—H曲線更趨平坦，且高效區(qū)變寬：Q—H曲線向大流量方向偏移；N—H曲線更加陡增。 3．蝸殼，導葉和尾水管都是水輪機的重

5、要過流部件，針對水輪機全蝸殼常規(guī)水力設計方法中存在的不足，利用數(shù)值計算方法，使蝸殼尾部圓斷面內(nèi)的水流遵循速度矩為常數(shù)的運動規(guī)律，而無須轉(zhuǎn)換成橢圓斷面，從而完善蝸殼非圓形斷面的水力設計方法。經(jīng)流場模擬分析驗證，設計出的蝸殼不僅使蝸殼中的水流運動符合設計基本假定，其流場分布與理論分析相符合，而且所設計出的蝸殼流道平順光滑，流態(tài)分布良好。 本項目研究水力模型的開發(fā)屬于新機型，又由于時間、條件和本人經(jīng)驗不足所限，有很多工作目前還沒有進行