含沙河流中水輪機的性能預測.pdf

1、近年來，隨著計算流體力學和計算機技術(shù)的發(fā)展，一些三維粘性計算流體動力學軟件已成功地應于水輪機內(nèi)部的流動特性分析?，F(xiàn)代水輪機的設(shè)計向著高參數(shù)、高性能和高可靠性方向發(fā)展，顯然一個穩(wěn)定高效的流場是確保水輪機具有高性能和使其達到高可靠性的重要保證。而在含沙河流中，泥沙對水輪機轉(zhuǎn)輪葉片的磨蝕是影響機組穩(wěn)定運行的一個重要因素。在含沙水流中沙粒對各個過流部件的磨蝕和其中的流態(tài)有密切關(guān)系。由于兩相流工況下水輪機過流部件的設(shè)計理論不是十分完善，在實際工程

2、設(shè)計中多數(shù)的設(shè)計是建立在經(jīng)驗基礎(chǔ)之上，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。為了研究水輪機過流部件內(nèi)部兩相流動的新方法，本文把過流部件整體聯(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RNG k-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k-ε-Ap湍流模型進行計算。得到了一些結(jié)論并提出了一些建議，可作為水輪機優(yōu)化設(shè)計的參考和依據(jù)。該研究主要完

3、成如下工作： 1、根據(jù)一具體電站的水力設(shè)計參數(shù)，用Unigraphics軟件建立了該電站的蝸殼、導葉、尾水管等水輪機過流部件的三維幾何模型，并將建好的水輪機的三維模型導入gambit軟件中，對過流部件進行網(wǎng)格劃分。 2、采用數(shù)值模擬方法分析了某一混流式水輪機在清水介質(zhì)中分別在大流量、最優(yōu)工況、小流量工況下全流道三維定常湍流動，建立了基于CFD分析的混流式水輪機性能預測方法，捕捉到了水輪機各過流部件內(nèi)及動靜部件間的流動細節(jié)

4、，從而定量和定性兩個方面評價水輪機的性能。 3、利用固液兩相流理論和FLUENT軟件中的Eulerian模型，針對該電站水輪機在含沙河流狀態(tài)下，分別模擬了顆粒體積濃度和直徑一定時，兩相介質(zhì)在大流量工況、最優(yōu)工況和小流量工況下的流動狀況并和輸送清水時的三種工況進行了對比，分析單相和兩相時的流動情況的區(qū)別；模擬了粒徑直徑一定，顆粒體積濃度不同在兩相介質(zhì)時的流動狀況，并分析不同顆粒體積濃度的流動情況的區(qū)別；模擬了流量和顆粒體積濃度一定