含沙水中混流式水轮机内部流动的数值模拟

发布时间：2017-08-16 16:15

  本文关键词：含沙水中混流式水轮机内部流动的数值模拟

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【摘要】：与其他能源相比,水力发电具有开发技术成熟,对环境冲击小,综合效益大等优势。世界各国都在积极加大对水力发电的投入力度。然而,我国河流的突出特点就是水流中带有大量的沙粒。在其流域上运行的电站水轮机容易遭受泥沙的磨损破坏,从而改变其过流表面的形状。由此引起效率降低,机组运行振动加剧,机组检修频繁,大修期延长等一系列间接后果。水轮机内部沙水流动的研究是泥沙磨损研究的基础。因此,开展固液两相流条件下水轮机内部沙水流动的研究具有重要的意义。实践证明,对于在高水头条件下运行的混流式水轮机,在转轮中加入短叶片可以使泥沙磨损情况有所减轻。但对短叶片的具体功能还需要深入研究。本文以某一低比转速混流式水轮机为例,借助数值模拟软件CFX研究含沙水条件下常规转轮和长短叶片转轮在不同运行工况下,水轮机过流部件的压力和泥沙分布情况。通过比较能够得出,转轮中加入短叶片后有助于减轻水轮机泥沙磨损。研究的主要内容如下:1.根据水轮机的参数,借助UG软件,对水轮机的过流部件建模,并把建好的模型用Parasolid格式导出。然后在ICEM中对实体划分网格;2.将画好的网格文件导入到ANSYS CFX-Pre中进行物理定义和条件设置并借助软件CFX-Solver进行数值计算。得出当颗粒直径和体积浓度一定时,流量不同的情况下转轮在有无短叶片时各过流部件内流场流动情况;3.在CFX-Post中,对计算结果进行处理,得出它们的压力分布,泥沙分布情况,分析流体的流动状态;4.对比模拟结果借助理论知识,定性分析短叶片对在含沙水条件下运行的水轮机的性能影响。
【关键词】：混流式水轮机 长短叶片转轮 沙水 内部流动 数值模拟
【学位授予单位】：西华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK733.1
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 绪论8-12
• 1.1 课题来源8
• 1.2 课题研究的背景、目的及意义8-9
• 1.2.1 课题研究的背景8
• 1.2.2 课题研究的目的及意义8-9
• 1.3 国内外研究进展9-11
• 1.3.1 水轮机内部流动研究进展9-10
• 1.3.2 水轮机泥沙磨损研究进展10
• 1.3.3 长短叶片混流式水轮机研究进展10-11
• 1.4 本课题研究的主要内容11-12
• 2 固液两相流控制方程及数值模型12-18
• 2.1 固液两相流的基本理论12
• 2.2 固液两相流的基本运动方程12-13
• 2.3 湍流运动方程与数值模拟模型13-18
• 2.3.1 湍流运动方程13-14
• 2.3.2 湍流数值模拟14-18
• 3 数值计算方法18-22
• 3.1 计算流体动力学基础18
• 3.2 数值离散及求解方法18
• 3.2.1 数值离散方法18
• 3.2.2 数值求解方法18
• 3.3 边界条件的设置18-19
• 3.4 求解设置及收敛判定19-20
• 3.5 数值模拟软件20
• 3.6 CFX数值求解过程20-22
• 4 水轮机全流道几何建模及网格划分22-31
• 4.1 水轮机的基本设计参数22-23
• 4.2 三维几何建模软件23-27
• 4.2.1 蜗壳的建模23-24
• 4.2.2 导水机构的建模24-25
• 4.2.3 转轮的建模25-26
• 4.2.4 尾水管的建模26
• 4.2.5 水轮机全流道三维图26-27
• 4.3 网格划分27-31
• 4.3.1 网格划分概述27-28
• 4.3.2 水轮机全流道网格划分28-31
• 5 计算及结果分析31-54
• 5.1 小流量工况计算结果与分析31-38
• 5.2 最优工况计算结果与分析38-46
• 5.3 大流量工况计算结果与分析46-53
• 5.4 不同工况之间的分析53-54
• 6 结论与展望54-55
• 6.1 结论54
• 6.2 存在的问题与展望54-55
• 参考文献55-58
• 攻读硕士学位期间发表论文及科研成果58-59
• 致谢59-60

【参考文献】

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1 吴玉林，韩海，曹树良;水轮机转轮内全三维紊流计算及效率预估[J];工程热物理学报;1996年03期

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本文编号：684246