灯泡贯流式水轮机内部流动特征及压力脉动数值模拟

发布时间：2021-02-13 21:24

　　在低水头水力资源开发中,灯泡贯流式水轮机是首选形式之一。灯泡贯流式水轮机不设蜗壳,主要的导水机构为活动导叶。导叶开度是活动导叶的重要参数之一,其与转轮的匹配性直接决定着水轮机的性能和内部流动特性。由于灯泡贯流式水轮机运行范围宽,不同的工况下,水轮机内部流动特征是不一样的,因此研究其在偏工况条件下的内部流动特征对水轮机运行具有指导意义。为确保整个水轮机组安全稳定性,水轮机的空化性能和压力脉动已成为研究的焦点。本文以某灯泡贯流式水轮机为研究对象,运用计算流体动力学（CFD）方法,分别对三种导叶开度下的水轮机在额定工况下进行全流道数值模拟。通过分析对比三种开度下的水轮机水头和效率,同时研究全流道截面压力、速度分布,导叶外环面压力分布,导叶叶片压力分布以及转轮叶片压力分布,获得最优开度,在额定流量和转速条件下得到最佳的水轮机外特性和内部流动质量。为了获得水轮机在不同工况的内部流动特征,对灯泡贯流式水轮机进行额定工况和小流量工况下的非定常数值模拟。通过对两种工况下水轮机内部流动进行分析,发现灯泡体流道在两种工况下流动稳定;导叶在偏工况下流动存在偏差,且在导叶进口边产生一定的水力损失。在导叶背面因... 

【文章来源】：江苏大学江苏省

【文章页数】：89 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 研究的目的和意义
    1.3 国内外研究状况
        1.3.1 国外贯流式水轮机研究现状
        1.3.2 国内灯泡贯流式水轮机研究状况
        1.3.3 灯泡贯流式水轮机空化研究
        1.3.4 灯泡贯流式水轮机压力脉动研究
    1.4 数值计算
    1.5 本文研究内容
第二章 流动描述及数值计算方法
    2.1 计算流体力学方法
    2.2 ANSYS CFX软件简介
    2.3 流体力学控制方程
    2.4 湍流模型
        2.4.1 雷诺时均法（RANS）
        2.4.2 大涡模拟（LES）
        2.4.3 分离涡模拟（DES）
    2.5 数值离散方法和计算方法
第三章 贯流式水轮机定常流动数值解析
    3.1 水轮机三维流道实体模型的建立
    3.2 网格类型及划分
    3.3 边界条件的设置
    3.4 计算结果及分析
        3.4.1 水轮机子午截面压力、速度分析
        3.4.2 活动导叶计算分析
        3.4.3 转轮计算结果分析
    3.5 本章小结
第四章 水轮机全流道流动非定常模拟
    4.1 非定常模拟
    4.2 水轮机子午中心面流动分析
    4.3 灯泡体流道内流动分析
    4.4 活动导叶内流动分析
    4.5 转轮流道内流动分析
    4.6 尾水管内流动分析
    4.7 本章小结
第五章 水轮机非定常空化计算
    5.1 水轮机非定常模拟监测点的设置
        5.1.1 水轮机机组壁面及各截面监测点设置
        5.1.2 水轮机导叶和转轮叶片监测点设置
    5.2 水轮机全流道中心平面压力脉动分析
    5.3 导叶流道压力脉动特性
        5.3.1 导叶流道中间平面压力脉动特性
        5.3.2 导叶叶片压力面的压力脉动特性
    5.4 转轮流动分析及压力脉动特性
        5.4.1 转轮流动分析
        5.4.2 转轮内压力脉动特性
    5.5 尾水管内流动分析及压力脉动特性
        5.5.1 尾水管内流动空化分析
        5.5.2 尾水管压力脉动预测
    5.6 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 研究工作总结
    6.2 研究工作展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间发表的学术论文


【参考文献】：
期刊论文
[1]贯流式水轮机三维非定常流DES数值模拟[J]. 欧阳振宇,张立翔.  机械与电子. 2014(06)
[2]树状结构三分叉铸钢节点有限元分析[J]. 杜文风,孙志飞,高博青,董石麟.  建筑结构学报. 2014(S1)
[3]灯泡贯流式水轮机转轮内流场的研究[J]. 马希青,陈明辉,孙聪.  机电产品开发与创新. 2014(01)
[4]大涡模拟在内燃机中应用的研究进展[J]. 周磊,解茂昭,罗开红,帅石金,贾明.  力学学报. 2013(04)
[5]充气式翼型绕流大涡模拟分析[J]. 康小伟,韩维,王允良,郭卫刚.  海军航空工程学院学报. 2013(02)
[6]混流式水轮机三维非定常流分离涡模型的精细模拟[J]. 黄剑峰,张立翔,王文全,姚激.  中国电机工程学报. 2011(26)
[7]贯流式机组桨叶与导叶全三维匹配设计方法[J]. 李凤超,樊红刚,王正伟,陈乃祥.  水力发电学报. 2010(04)
[8]桥巩电站57MW灯泡贯流式水轮机设计[J]. 孙媛媛,罗远红.  东方电气评论. 2010(02)
[9]高落差贯流式水轮机叶片过大开度流动研究[J]. 刘攀,韩凤琴,颜士杰,久保田乔.  水电能源科学. 2010(01)
[10]小弦节比贯流水轮机On-Cam开度设计[J]. 马启锋,韩凤琴,安源,久保田乔.  水电能源科学. 2010(01)

博士论文
[1]混流式水轮机全部通流元件的三维湍流流场分析与性能预测[D]. 辛喆.中国农业大学 2005
[2]中比转速混流式水轮机内流场数值模拟及性能改善研究[D]. 肖若富.华中科技大学 2004

硕士论文
[1]灯泡贯流式水电站厂房结构振动特性研究[D]. 张婷婷.天津大学 2012
[2]HL300水轮机转轮水力模型开发方案研究[D]. 马惠萍.兰州理工大学 2009
[3]混流式水轮机转轮结构及优化设计[D]. 何芳.南昌大学 2008



本文编号：3032602