大型水斗式水輪機(jī)配水環(huán)管與噴嘴數(shù)值模擬研究.pdf

1、近年來，流體動力學(xué)數(shù)值求解技術(shù)和計算機(jī)軟硬件技術(shù)的發(fā)展，水力機(jī)械內(nèi)部三維湍流場的研究有了長足的進(jìn)展，我國在反擊式水輪機(jī)方面的研究積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，某些領(lǐng)域達(dá)到甚至超過國際先進(jìn)水平，而在沖擊式水輪機(jī)方面卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于國外先進(jìn)廠家。隨著國家西部大開發(fā)戰(zhàn)略的實(shí)施，為了開發(fā)西部高水頭的水力資源，籌建許多沖擊式水輪機(jī)，因此對水斗式水輪機(jī)的研究顯得迫在眉睫。 本文結(jié)合四川冶勒電站6噴嘴水斗式水輪機(jī)配水環(huán)管與噴嘴，建立時均N-S方程及標(biāo)準(zhǔn)κ-ε

2、湍流模型；采用有限體積法、一階迎風(fēng)格式、全隱式時間積分方案對控制方程進(jìn)行離散化處理；并運(yùn)用SIMPLEC算法求解，對大型水斗式水輪機(jī)配水環(huán)管與噴嘴進(jìn)行了三維定常不可壓湍流模擬研究，得到以下成果： 1、研究了不同流量配水環(huán)管的能量損失規(guī)律。在額定流量下，水流經(jīng)六個出水口的水頭損失呈逐漸加大的趨勢(6＃出口除外)，到5＃出水口時達(dá)到最大，為3.43m，流經(jīng)6＃出水口時損失下降約0.48m。配水環(huán)管平均損失隨著流量的減少而減少，0.5

3、倍額定流量時的損失約為額定流量時的24.4％，0.75倍額定流量時的損失約為額定流量時的50％。 根據(jù)電站的實(shí)際工作條件，模擬配水環(huán)管六個出水口的不同組合方案，通過比較，當(dāng)只開啟單出口時，1＃出水口損失最小，為0.35m；當(dāng)只開啟兩個出水口時，1＃、4＃出水口組合損失最小，為0.44m，當(dāng)開啟四個出水口時，1＃、2＃，4＃、5＃出水口組合最小，為0.9m。 2、研究不同水頭下的噴嘴能量特性和流量特性，得到噴嘴內(nèi)水流隨開度

4、和水頭變化的規(guī)律曲線。針對噴針頭和噴管出口內(nèi)表面，得到不同開度和水頭下的壓力分布曲線，預(yù)測空蝕區(qū)域隨開度和水頭變化的規(guī)律。 改變噴管頭錐角α得到三種噴嘴，在能量、流量、壓力分布方面進(jìn)行比較，得到噴管頭錐角α為75°的噴嘴在綜合性能上是最優(yōu)的，并提出根據(jù)噴嘴過流斷面面積變化規(guī)律來優(yōu)化噴嘴結(jié)構(gòu)。 3、研究全流道的流量特性和能量特性，與配水環(huán)管、噴嘴單獨(dú)模擬結(jié)果進(jìn)行比較，配水環(huán)管部分效率相差不到0.2％，噴嘴部分效率相差約2％