水轮机固定导叶的涡街模拟及尾缘修型研究

发布时间：2017-09-11 22:10

  本文关键词：水轮机固定导叶的涡街模拟及尾缘修型研究

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【摘要】：在当前的水电开发中,水电机组趋于高水头、大流量、大尺寸发展。单元机组的装机容量越来越大,大容量机组容易产生因卡门涡造成的水力振动问题。水轮机的叶栅尾缘会出现卡门涡脱落,当卡门涡的脱落频率与叶栅的自然频率相耦合时会引起叶片共振,如果激振力足够大就会使叶片出现断裂。振动会造成机组的不稳定运行。因此,对水轮机内的卡门涡进行模拟与分析,对于研究消除卡门涡诱发的共振问题具有重要意义。本文通过建立混流式水轮机导水机构的双列叶栅模型,采用FLUENT软件对三种工况下的流场进行计算,分析固定导叶尾缘后的卡门涡；另外,对固定导叶尾缘进行不同形状的修型,研究不同尾缘形状对下游流场的影响,以此提出合理的尾缘修型方案。数值计算结果表明：(1)涡街在向下游输运的过程中,其涡量值逐渐减小。涡量衰减率也不均匀,越靠近固定导叶尾缘其涡量值衰减得越快,远离固定导叶的下游其涡量值衰减较慢。(2)在计算固定导叶尾缘卡门涡的脱落频率时,分离点的相对速度值应取边界层外的速度,而并非边界层内的相对速度。(3)尾缘的倾斜角度越小,’尾迹越不容易出现漩涡,而倾斜角较大的尾缘会造成活动导叶正压面的压力也相对较大。根据对比分析的结果,对固定导叶尾缘进行450倾斜角修型,斜面两端采用圆角过渡,以此达到修型防振的目的。
【关键词】：混流式水轮机 固定导叶 卡门涡 尾缘 修型
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK733.1
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 课题研究的背景及意义10-12
• 1.2 国内外研究现状12-17
• 1.2.1 水轮机水力性能的研究方法12-13
• 1.2.2 水轮机卡门涡的研究现状13-16
• 1.2.3 水轮机卡门涡研究还存在的问题16-17
• 1.3 本文研究的主要内容17
• 1.4 本章小结17-18
• 第二章 绕流基础理论18-25
• 2.1 圆柱绕流18-20
• 2.1.1 边界层的分离18-20
• 2.1.2 卡门涡街20
• 2.1.3 斯特劳哈数20
• 2.2 叶栅绕流20-24
• 2.2.1 叶栅绕流的分类20-21
• 2.2.2 叶栅的升力定理21-23
• 2.2.3 涡街诱发的激振力23-24
• 2.4 本章小结24-25
• 第三章 湍流流动数值模拟的计算方法25-40
• 3.1 流体流动的基本方程25-28
• 3.1.1 连续性方程25-26
• 3.1.2 动量方程26-27
• 3.1.3 能量方程27-28
• 3.2 控制方程的离散28-34
• 3.2.1 离散化方法28-29
• 3.2.2 离散格式29-30
• 3.2.3 流场的求解方法30-34
• 3.3 湍流的数值模拟方法34-37
• 3.3.1 直接数值模拟34
• 3.3.2 雷诺平均法34-37
• 3.3.3 大涡模拟37
• 3.4 边界条件37-38
• 3.4.1 进口边界条件38
• 3.4.2 出口边界条件38
• 3.4.3 固壁边界条件38
• 3.4.4 周期性边界条件38
• 3.5 本章小结38-40
• 第四章 水轮机导水机构双列叶栅建模与网格划分40-45
• 4.1 双列叶栅的设计参数40
• 4.2 双列叶栅建模40-41
• 4.3 网格划分41-43
• 4.5 计算域边界条件的设定43
• 4.6 计算工况点的选取43-44
• 4.7 本章小结44-45
• 第五章 固定导叶尾迹的涡街模拟及尾缘修型分析45-64
• 5.1 涡量动力学方程45
• 5.2 涡街模拟及涡量输运分析45-47
• 5.2.1 涡街的脱落分析45-47
• 5.2.2 涡量的输运分析47
• 5.3 固定导叶尾迹的速度分布47-48
• 5.4 涡街的脱落频率48-53
• 5.5 固定导叶尾缘的修型方案53-54
• 5.6 固定导叶尾缘修型后的流场分布54-62
• 5.6.1 固定导叶尾迹的涡量分布54-56
• 5.6.2 固定导叶尾迹的速度分布56-60
• 5.6.3 活动导叶表面的压力分布60-62
• 5.7 固定导叶尾缘的设计62-63
• 5.8 本章小结63-64
• 第六章 结论与展望64-66
• 6.1 结论64-65
• 6.2 展望65-66
• 致谢66-67
• 参考文献67-71
• 附录 作者硕士研究生期间发表的学术论文及参与科研项目71

【引证文献】

中国重要会议论文全文数据库 前1条

1 易平梅;;三峡右岸ALSTOM水轮机转轮卡门涡分析与处理[A];中国水利学会第四届青年科技论坛论文集[C];2008年

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本文编号：833339