水轮机模式液力透平流道式导叶的优化
发布时间：2022-01-06 13:25
由于水轮机模式液力透平级间导叶水头损失占比高达40%,需要对液力透平级间导叶进行研究。在可选的级间导叶中,流道式导叶正反导叶连为一体,流道相对独立,是一种水力性能较好的级间导叶。本文基于水力原动机理论,将水流环量概念贯穿液力透平流道设计全过程,设计了与水轮机模式液力透平转轮相匹配的流道式级间导叶,并采用正交试验的优化算法,对水头影响较大的因素,包括导叶包角φ、正导叶出口角α3、反导叶宽度b5、流道外壁最大直径D4,各取4个水平进行正交试验方案的设计。通过CFD数值计算,分析各个方案的性能,找出了各因素对导叶性能的影响规律,在此基础上获得了效率较高的导叶模型,并研究了水力性能、叶片表面压力分布及叶片内部流动规律。研究表明:各个参数对效率的影响力中,b5最大,D4最小;对水头的影响力中,b5最大,φ最小。优化后的模型在设计工况点效率提高了5.83%,应用水头提高了7.15%,级间导叶损失降低了1.16%,导叶表面压力过渡更加均匀,叶片内部水流流态更加平稳,满足...
【文章来源】：水力发电学报. 2020,39(11)北大核心CSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
计算域网格划分无关性验证Fig.2Gridindependenceverification
114水力发电学报反导叶进口宽度5b=75mm，中间过渡段宽度7b=45mm，正导叶出口角3=15°，反导叶进口角5=90°，叶片数为6。设计出的低比转速水轮机模式液力透平流道式导叶及相匹配的各个过流部件如图1所示。（a）流道式导叶模型图（b）液力透平整体装配图图1各过流部件三维造型图Fig.1Three-dimensionalmodelingdiagramofflow-passingparts2网格划分与数值模拟计算本研究中主要采用非结构化网格中八叉树的方法对液力透平三维模型进行网格划分，其方法是：把一个较粗的立方体网格覆盖包含物体的整个计算域，并且按照网格尺度的精度要求对立方体进行细分，让其符合之前设置的疏密要求的立方体覆盖整个流场，最后再把立方体切割成四面体单元。因非结构化网格中节点以及单元的分布控制性好，故该方法可使网格生成速度快、易于自适应，可以方便地与实体造型技术相结合。同时，让每部分的网格质量在0.3以上，透平机组网格节点总数在550万以上，这样保证了网格数量对计算结果影响较小，确保了数值模拟的精确性。图2为网格划分无关性验证图，划分结果如图3所示。在划分好的网格中，对流体微元列质量守恒方程，动量守恒方程和能量守恒方程。然后把控制方程在网格上用有限体积法进行计算域离散处理，以标准的k湍流模型作为流场模型。在设置边界条件时，进口条件为速度进口，出口边界条件为压力出口（P=0Pa）,固壁处边界条件设为无滑移边界，动静交界面设为动静耦合面。图2计算域网格划分无关性验证Fig.2Gridindependenceverification（a）流道式导叶网格图（b）整体网格装配图图3过流部件网格划分图Fig.3Gridsofflowingpa
114水力发电学报反导叶进口宽度5b=75mm，中间过渡段宽度7b=45mm，正导叶出口角3=15°，反导叶进口角5=90°，叶片数为6。设计出的低比转速水轮机模式液力透平流道式导叶及相匹配的各个过流部件如图1所示。（a）流道式导叶模型图（b）液力透平整体装配图图1各过流部件三维造型图Fig.1Three-dimensionalmodelingdiagramofflow-passingparts2网格划分与数值模拟计算本研究中主要采用非结构化网格中八叉树的方法对液力透平三维模型进行网格划分，其方法是：把一个较粗的立方体网格覆盖包含物体的整个计算域，并且按照网格尺度的精度要求对立方体进行细分，让其符合之前设置的疏密要求的立方体覆盖整个流场，最后再把立方体切割成四面体单元。因非结构化网格中节点以及单元的分布控制性好，故该方法可使网格生成速度快、易于自适应，可以方便地与实体造型技术相结合。同时，让每部分的网格质量在0.3以上，透平机组网格节点总数在550万以上，这样保证了网格数量对计算结果影响较小，确保了数值模拟的精确性。图2为网格划分无关性验证图，划分结果如图3所示。在划分好的网格中，对流体微元列质量守恒方程，动量守恒方程和能量守恒方程。然后把控制方程在网格上用有限体积法进行计算域离散处理，以标准的k湍流模型作为流场模型。在设置边界条件时，进口条件为速度进口，出口边界条件为压力出口（P=0Pa）,固壁处边界条件设为无滑移边界，动静交界面设为动静耦合面。图2计算域网格划分无关性验证Fig.2Gridindependenceverification（a）流道式导叶网格图（b）整体网格装配图图3过流部件网格划分图Fig.3Gridsofflowingpa
【参考文献】：
期刊论文
[1]径向导叶与空间导叶的优劣分析与试验[J]. 张阳,冀春俊,孙卉,刘雷,张守立,朱少辉,林琳. 热科学与技术. 2017(05)
[2]多级离心泵新型空间导叶设计及优化分析[J]. 袁丹青,韩泳涛,丛小青,石荣. 排灌机械工程学报. 2015(10)
[3]离心泵作液力透平的数值模拟[J]. 周榕,唐晓晨,王辉,戴露,马骏. 化工机械. 2013(05)
[4]多级离心泵圆周弯扭式导叶设计及性能试验[J]. 张启华,徐燕,施卫东,高雄发,马栋棋,陆伟刚. 农业工程学报. 2013(05)
[5]井用潜水泵导叶的正交试验与优化设计[J]. 周岭,施卫东,陆伟刚,许荣军,王川. 排灌机械工程学报. 2011(04)
[6]冷却塔专用水轮机组的调节特性研究[J]. 李延频,南海鹏,陈德新. 水力发电学报. 2011(03)
[7]冷却塔专用水轮机的工作特性与选型[J]. 李延频,南海鹏,陈德新. 水力发电学报. 2011(01)
[8]多级液氢泵级间导叶的设计与改进[J]. 李家文,朱森元,刘中祥. 宇航学报. 2006(05)
[9]导流壳几何参数选取及其对泵性能的影响[J]. 赵秋霞. 太原理工大学学报. 2002(04)
[10]反渗透淡化系统余压水力能量回收装置的研究进展[J]. 徐晅阔,王世昌. 水处理技术. 2002(02)
硕士论文
[1]水轮机式液力透平的两相流动性能分析及蜗壳改型研究[D]. 庞烨.西安理工大学 2019
[2]导叶式多级离心泵级间流动特性分析及导叶结构优化[D]. 沈宇翔.江苏大学 2018
[3]余能回收液力透平导叶的型式选择与性能分析[D]. 惠志磊.华北水利水电大学 2018
[4]余能回收用液力透平进水室型式选择与性能分析[D]. 刘万康.华北水利水电大学 2018
[5]余能回收用液力透平转轮的型式选择与性能分析[D]. 朱鹏艳.华北水利水电大学 2018
[6]DCSGT330-175×9型多级能量回收水力透平的优化设计[D]. 郑琦.兰州理工大学 2012
[7]多级泵透平运行的特性分析[D]. 方玲.华中科技大学 2011
本文编号：3572534
【文章来源】：水力发电学报. 2020,39(11)北大核心CSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
计算域网格划分无关性验证Fig.2Gridindependenceverification
114水力发电学报反导叶进口宽度5b=75mm，中间过渡段宽度7b=45mm，正导叶出口角3=15°，反导叶进口角5=90°，叶片数为6。设计出的低比转速水轮机模式液力透平流道式导叶及相匹配的各个过流部件如图1所示。（a）流道式导叶模型图（b）液力透平整体装配图图1各过流部件三维造型图Fig.1Three-dimensionalmodelingdiagramofflow-passingparts2网格划分与数值模拟计算本研究中主要采用非结构化网格中八叉树的方法对液力透平三维模型进行网格划分，其方法是：把一个较粗的立方体网格覆盖包含物体的整个计算域，并且按照网格尺度的精度要求对立方体进行细分，让其符合之前设置的疏密要求的立方体覆盖整个流场，最后再把立方体切割成四面体单元。因非结构化网格中节点以及单元的分布控制性好，故该方法可使网格生成速度快、易于自适应，可以方便地与实体造型技术相结合。同时，让每部分的网格质量在0.3以上，透平机组网格节点总数在550万以上，这样保证了网格数量对计算结果影响较小，确保了数值模拟的精确性。图2为网格划分无关性验证图，划分结果如图3所示。在划分好的网格中，对流体微元列质量守恒方程，动量守恒方程和能量守恒方程。然后把控制方程在网格上用有限体积法进行计算域离散处理，以标准的k湍流模型作为流场模型。在设置边界条件时，进口条件为速度进口，出口边界条件为压力出口（P=0Pa）,固壁处边界条件设为无滑移边界，动静交界面设为动静耦合面。图2计算域网格划分无关性验证Fig.2Gridindependenceverification（a）流道式导叶网格图（b）整体网格装配图图3过流部件网格划分图Fig.3Gridsofflowingpa
114水力发电学报反导叶进口宽度5b=75mm，中间过渡段宽度7b=45mm，正导叶出口角3=15°，反导叶进口角5=90°，叶片数为6。设计出的低比转速水轮机模式液力透平流道式导叶及相匹配的各个过流部件如图1所示。（a）流道式导叶模型图（b）液力透平整体装配图图1各过流部件三维造型图Fig.1Three-dimensionalmodelingdiagramofflow-passingparts2网格划分与数值模拟计算本研究中主要采用非结构化网格中八叉树的方法对液力透平三维模型进行网格划分，其方法是：把一个较粗的立方体网格覆盖包含物体的整个计算域，并且按照网格尺度的精度要求对立方体进行细分，让其符合之前设置的疏密要求的立方体覆盖整个流场，最后再把立方体切割成四面体单元。因非结构化网格中节点以及单元的分布控制性好，故该方法可使网格生成速度快、易于自适应，可以方便地与实体造型技术相结合。同时，让每部分的网格质量在0.3以上，透平机组网格节点总数在550万以上，这样保证了网格数量对计算结果影响较小，确保了数值模拟的精确性。图2为网格划分无关性验证图，划分结果如图3所示。在划分好的网格中，对流体微元列质量守恒方程，动量守恒方程和能量守恒方程。然后把控制方程在网格上用有限体积法进行计算域离散处理，以标准的k湍流模型作为流场模型。在设置边界条件时，进口条件为速度进口，出口边界条件为压力出口（P=0Pa）,固壁处边界条件设为无滑移边界，动静交界面设为动静耦合面。图2计算域网格划分无关性验证Fig.2Gridindependenceverification（a）流道式导叶网格图（b）整体网格装配图图3过流部件网格划分图Fig.3Gridsofflowingpa
【参考文献】：
期刊论文
[1]径向导叶与空间导叶的优劣分析与试验[J]. 张阳,冀春俊,孙卉,刘雷,张守立,朱少辉,林琳. 热科学与技术. 2017(05)
[2]多级离心泵新型空间导叶设计及优化分析[J]. 袁丹青,韩泳涛,丛小青,石荣. 排灌机械工程学报. 2015(10)
[3]离心泵作液力透平的数值模拟[J]. 周榕,唐晓晨,王辉,戴露,马骏. 化工机械. 2013(05)
[4]多级离心泵圆周弯扭式导叶设计及性能试验[J]. 张启华,徐燕,施卫东,高雄发,马栋棋,陆伟刚. 农业工程学报. 2013(05)
[5]井用潜水泵导叶的正交试验与优化设计[J]. 周岭,施卫东,陆伟刚,许荣军,王川. 排灌机械工程学报. 2011(04)
[6]冷却塔专用水轮机组的调节特性研究[J]. 李延频,南海鹏,陈德新. 水力发电学报. 2011(03)
[7]冷却塔专用水轮机的工作特性与选型[J]. 李延频,南海鹏,陈德新. 水力发电学报. 2011(01)
[8]多级液氢泵级间导叶的设计与改进[J]. 李家文,朱森元,刘中祥. 宇航学报. 2006(05)
[9]导流壳几何参数选取及其对泵性能的影响[J]. 赵秋霞. 太原理工大学学报. 2002(04)
[10]反渗透淡化系统余压水力能量回收装置的研究进展[J]. 徐晅阔,王世昌. 水处理技术. 2002(02)
硕士论文
[1]水轮机式液力透平的两相流动性能分析及蜗壳改型研究[D]. 庞烨.西安理工大学 2019
[2]导叶式多级离心泵级间流动特性分析及导叶结构优化[D]. 沈宇翔.江苏大学 2018
[3]余能回收液力透平导叶的型式选择与性能分析[D]. 惠志磊.华北水利水电大学 2018
[4]余能回收用液力透平进水室型式选择与性能分析[D]. 刘万康.华北水利水电大学 2018
[5]余能回收用液力透平转轮的型式选择与性能分析[D]. 朱鹏艳.华北水利水电大学 2018
[6]DCSGT330-175×9型多级能量回收水力透平的优化设计[D]. 郑琦.兰州理工大学 2012
[7]多级泵透平运行的特性分析[D]. 方玲.华中科技大学 2011
本文编号：3572534
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