超低水头轴流式水轮机CFD优化及流动特性研究
本文选题:轴流式水轮机 + 超低水头 ; 参考:《水电能源科学》2016年01期
【摘要】:结合某水电站改造要求,研发了一种设计水头为2.75m的超低水头轴流式水轮机并对其性能进行优化,以达到有效利用低水头水力资源的目的。基于不可压缩连续方程及雷诺时均Navier-Stokes方程,采用Spalart-Allmaras湍流模型和SIMPLEC算法对轴流式水轮机进行三维全流场数值模拟,分别分析了轴流式转轮叶片翼型、轮毂比、导叶开度及安放角对水轮机性能的影响,并对最优模型进行实测验证。结果表明,在满足设计水头为2.75m的情况下,选用配置叶片B、轮毂比为0.30、叶片相对安放角为-2°的水轮机,当导叶相对开度为0°时,装置水力损失最小,最高效率达83.7%,且数值模拟计算所得出力与实测结果误差小于0.99%,表明基于CFD的数值模拟对超低水头轴流式水轮机的性能预测精度较高。
[Abstract]:An ultra-low head axial flow turbine with a design head of 2.75m was developed and its performance was optimized in order to make effective use of low head hydraulic resources. Based on the incompressible continuum equation and Reynolds time-averaged Navier-Stokes equation, the three-dimensional full-flow field numerical simulation of axial flow turbine is carried out by using Spalart-Allmaras turbulence model and SIMPLEC algorithm. The airfoil and hub ratio of axial flow runner blade are analyzed, respectively. The influence of guide vane opening and setting angle on the performance of hydraulic turbine is studied and the optimal model is tested. The results show that when the design head is 2.75m, the turbine with blade B, wheel hub ratio 0.30 and blade relative angle 2 掳, the hydraulic loss of the unit is minimum when the relative opening of the guide vane is 0 掳. The maximum efficiency is 83.7, and the error between the calculated force and the measured results is less than 0.99, which indicates that the performance prediction accuracy of the numerical simulation based on CFD is higher than that of the ultra-low head axial flow turbine.
【作者单位】: 河海大学能源与电气学院;中水珠江规划勘测设计有限公司;河海大学水利水电学院;
【基金】:国家自然科学基金重点项目(51339005)
【分类号】:TK733.3
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,本文编号:1876602
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