基于不完全包角水轮机蜗壳的三维数值模拟

发布时间：2017-10-16 07:04

  本文关键词：基于不完全包角水轮机蜗壳的三维数值模拟

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【摘要】：水轮机蜗壳是水轮机组的第一个过流部件,它的作用是保障水流能够均匀地进入导水机构,并在进入导水机构之前具有一定的环量。不完全包角水轮机蜗壳作为引水机构的一种重要形式,其流道主要分为两部分,分别是蜗形部分和非蜗形部分。在蜗形部分,水流较为均匀,流速与压强分布几乎和设计值是一致的,但是在非蜗形部分,由于水流缺乏约束,水流直接进入导水机构,水流极其不均匀,导致整个引水机构水流沿周向的均匀度较差,并且这种不均匀度会延伸到整个机组,增加机组能量损失,影响机组的稳定性。所以,对于不完全包角水轮机蜗壳内部流动的分析研究是很有必要的。本文以葛洲坝二江电站1-2#机组采用的ZZ560-LH-1130型号水轮机为研究对象,根据其水轮机参数,使用数学解析的方法,不考虑电站尺寸对其的约束,分别计算150°包角、180°包角和2100包角三个不同包角各个断面尺寸,使用Pro/E三维建模软件建立这三个不同包角混凝土蜗壳的三维实体模型,使用Fluent计算软件中的RNGκ—ε湍流模型对这三个分别进行模拟计算。观察分析这三个模型内部水流的压力分布、速度分布,对比分析每个模型的流动特点。分析结果如下：三个模型的内部流动基本相同,在蜗形部分流动较为均匀,在非蜗形部分以及鼻端流动较差。综合对比三个模型的压力分布、速度分布,150°包角混凝土蜗壳内部流动最差,2100包角内部流动的均匀度最好；在鼻端处,随着包角的增大,其流态也得到了较好的改善,尤其是对210°包角混凝土蜗壳进行简单修型之后,其鼻端流态得到了很好的改善。综上所述,210°包角混凝土蜗壳其内部流动最好,但是包角的增大必然会增到电站的土建投资,所以包角的选择需要综合考虑进行确定。
【关键词】：水轮机 不完全蜗壳 包角 三维建模 模拟计算
【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】：TK730.3
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 绪论9-14
• 1.1 研究背景与意义9-10
• 1.2 水轮机引水机构研究现状10-13
• 1.2.1 流体力学研究方法介绍10
• 1.2.2 引水机构研究现状10-13
• 1.3 本文主要研究内容13-14
• 第二章 不完全包角水轮机蜗壳水力设计方法14-19
• 2.1 不完全包角水轮机蜗壳的水力设计14-17
• 2.1.1 蜗壳包角的选择14
• 2.1.2 蜗壳断面形式的选择及进口尺寸的确定14-15
• 2.1.3 不完全包角水轮机蜗壳水力计算过程15-17
• 2.2 本章小结17-19
• 第三章 数值模拟理论与计算方法19-33
• 3.1 计算流体力学的简述19
• 3.2 流体流动的基本方程19-22
• 3.2.1 质量守恒方程20
• 3.2.2 动量守恒方程20-22
• 3.2.3 能量方程22
• 3.3 控制方程的离散22-28
• 3.3.1 离散化方法22-24
• 3.3.2 离散格式24-26
• 3.3.3 流场的数值计算方法26-28
• 3.4 湍流的数值模拟方法28-31
• 3.4.1 直接数值模拟与非直接模拟法28
• 3.4.2 大涡模拟28-29
• 3.4.3 雷诺平均法29-31
• 3.5 边界条件31-32
• 3.5.1 进口边界条件31-32
• 3.5.2 出口边界条件32
• 3.5.3 固壁边界条件32
• 3.6 本章小结32-33
• 第四章 不完全包角水轮机蜗壳的模型建立及网格划分33-49
• 4.1 不完全包角水轮机的三维建模33-43
• 4.1.1 三维建模软件的介绍33-35
• 4.1.2 水轮机基本参数介绍35-36
• 4.1.3 不完全包角水轮机蜗壳三维模型的建立36-43
• 4.2 混凝土蜗壳模型的网格划分43-48
• 4.2.1 网格介绍43-45
• 4.2.2 Gambit简介45
• 4.2.3 模型的网格划分45-48
• 4.3 本章小结48-49
• 第五章 不完全包角水轮机蜗壳三维数值模拟49-81
• 5.1 FLUENT软件介绍49
• 5.2 不完全包角水轮机蜗壳内部流场计算49-80
• 5.2.1 求解过程49-51
• 5.2.2 工况选择51
• 5.2.3 模拟结果及分析51-80
• 5.3 本章小结80-81
• 第六章 结论与展望81-83
• 6.1 结论81
• 6.2 展望81-83
• 致谢83-85
• 参考文献85-89
• 附录89

【参考文献】

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本文编号：1041278