基于兩相流的水輪機引水、導(dǎo)水部件內(nèi)流特性研究.pdf

1、近年來，隨著計算流體力學(xué)和計算技術(shù)的發(fā)展，一些三維粘性計算流體動力學(xué)軟件已成功地應(yīng)用于水輪機內(nèi)部的流動特性分析。由于蝸殼內(nèi)部流動十分復(fù)雜，目前對不同工況條件下的流動特性了解得還是很少，而對于導(dǎo)水機構(gòu)內(nèi)部流場分析雖說有了一定的進展，但對于含泥沙的兩相流體的流場分析計算仍然欠缺，對整個水輪機引水、導(dǎo)水部件的耦合兩相流場進行綜合分析及數(shù)值模擬的就更加少見。因此迫切需要對水輪機引水、導(dǎo)水部件的內(nèi)部兩相流動進行深入的研究，分析水輪機引水、導(dǎo)水部件

2、內(nèi)流場的兩相流流動機理，進而探討運行于兩相流體(含沙水流)環(huán)境下的水輪機引水、導(dǎo)水部件性能及水力損失，得出相應(yīng)的優(yōu)化措施，為水輪機水力設(shè)計提供參考。 蝸殼、固定導(dǎo)葉和活動導(dǎo)葉組成的引水、導(dǎo)水部件的水力設(shè)計對水輪機性能有著舉足輕重的作用。三個部件之間互相聯(lián)系、相互影響。在含沙水流中沙粒對引水、導(dǎo)水部件的磨損也和其中的流態(tài)有密切關(guān)系。由于兩相流工況下水輪機引水、導(dǎo)水部件的設(shè)計理論不是十分完善，在工程設(shè)計中多數(shù)的設(shè)計是建立在經(jīng)驗基礎(chǔ)之

3、上，利用清水設(shè)計理論并加以修正來設(shè)計，以至于設(shè)計出的水輪機在實際含沙河流上運行時性能得不到保證。為了開辟研究水輪機引水、導(dǎo)水部件內(nèi)部兩相流動的新方法，本文把蝸殼、固定導(dǎo)葉和活動導(dǎo)葉作為耦合整體聯(lián)系起來考慮，基于N-S方程，對其內(nèi)部流動進行了數(shù)值計算，對輸送清水介質(zhì)時采用標準κ-ε湍流模型，對輸送含有固體顆粒的含沙兩相介質(zhì)時采用κ-ε-Ap模型，采用笛卡兒坐標、混合四面體非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格和SIMPLE算法進行計算。得出了一些結(jié)論并提出了一些建議

4、，可作為水輪機優(yōu)化設(shè)計的參考和依據(jù)。主要研究成果如下： 1.對固液兩相湍流基本理論和數(shù)值求解方法進行了較為系統(tǒng)的總結(jié)和闡述。 2.以劉家峽水電站2號水輪機的設(shè)計參數(shù)為依據(jù)，進行三維實體建模。通過對水輪機引水、導(dǎo)水部件內(nèi)部流動的模擬計算，得出了輸送清水介質(zhì)與含沙兩相介質(zhì)時引水導(dǎo)水部件內(nèi)部流動不同的規(guī)律；分析了水輪機引水、導(dǎo)水部件內(nèi)部流場的兩相流流動機理，探討了運行于兩相流體(含沙水流)環(huán)境下的水輪機引水、導(dǎo)水部件的性能及水