基于弱耦合的軸流式水輪機三維數(shù)值模擬.pdf

1、通過對軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機過流部件內(nèi)部的流動分析,深入研究了水輪機結(jié)構(gòu)和流場之間的內(nèi)在聯(lián)系,對改善水輪機的綜合水力性能和設(shè)計水平、提高水輪發(fā)電機組的運行穩(wěn)定性具有十分重要的意義。 本文運用CFD技術(shù),進行了軸流式水輪機全過流部件的三維定常和非定常數(shù)值模擬；提出了在考慮活動導(dǎo)葉伸出底環(huán),存在尖角間隙,這種情況下對水輪機性能的影響。本文所做的工作如下： (1)在對水輪機內(nèi)部流動規(guī)律分析的基礎(chǔ)上,采用雷諾平均N-S方程和k-ε紊流

2、模型對軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機單周期活動導(dǎo)葉和單周期轉(zhuǎn)輪聯(lián)合進行了數(shù)值模擬。分析了在考慮活動導(dǎo)葉伸出底環(huán),存在尖角間隙的情況下的流動特征及水力性能。指出在導(dǎo)葉大開度的情況下,尖角間隙處存在明顯的間隙渦,為進一步結(jié)合試驗討論如何建立準(zhǔn)確的幾何模型提供參考。 (2)本文采用CAD技術(shù),對包括蝸殼、固定導(dǎo)葉、活動導(dǎo)葉、轉(zhuǎn)輪和尾水管在內(nèi)的軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機進行建模,并進行了三維定常流動計算。捕捉到了水輪機內(nèi)部壓力場和流速場等重要流動信息。得出速度

3、矩在整個蝸殼內(nèi)部的分布與VuR=常數(shù)的設(shè)計理論相符,通過固定導(dǎo)葉安放角和水流進口角出口角的比較,為導(dǎo)葉的布置設(shè)計和轉(zhuǎn)輪三維湍流計算提出參考意見。進一步比較了葉片旋轉(zhuǎn)到不同位置的壓力和速度變化,為進一步進行強度計算提供依據(jù)。 (3)由于水輪機單流道或單個過流部件的CFD模擬計算由于沒有考慮各過流部件之間的耦合干涉,其預(yù)測結(jié)果也存在較大差別。本文在定常計算的基礎(chǔ)上,利用弱耦合技術(shù),預(yù)測了軸流式水輪機在轉(zhuǎn)輪葉片流固耦合效應(yīng)下的壓力脈動