基于数值方法的混流式水轮机转轮优化设计

发布时间：2018-06-21 23:08

  本文选题：混流式水轮机转轮 + CFD　； 参考：《河北工程大学》2014年硕士论文

【摘要】：混流式水轮机在水电站中占有很大的比例，转轮是实现能量转换的核心部件，对混流式水轮机转轮的选择一般根据工作水头确定,并根据相似原理对转轮进行生产制造。由于不同水电站中水轮机的运行条件各不相同，可能会导致转轮的实际工作性能难以达到设计目标，因此需要根据实际的运行条件对转轮进行优化。本文以使用于能量试验台上的HL160转轮为例进行优化并研究其动力特性与尾水管压力脉动。 首先基于BladeGen对水轮机转轮进行参数化造型，在实际运行工况下对水轮机全流道进行湍流计算，根据流场计算结果与叶片翼型压力分布不断优化转轮结构，直到转轮叶道内的流场得到优化并且能量性能得到保证。检验水轮机转轮对负荷波动的适应性并对转轮结构进行微调，最后输出优化后的转轮结构参数。 对优化后的水轮机转轮的进行动力特性分析。首先对转轮处于空气中与水下的模态分别进行计算，分析转轮的各阶模态和水对转轮固有模态的影响。然后使用流固耦合的方法对水轮机进行计算，分析转轮叶片在单向流固耦合与双向留固耦合计算中的应变分布特点。 尾水管压力脉动是重要的水力激振源，对优化后的转轮在设计运行工况下进行湍流计算，考察尾水管内的流场和压力分布。计算部分负荷的运行工况，对尾水管流场与涡带进行分析。计算尾水管内的压力脉动，对安全运行具有一定的参考意义。 在实际运行工况下，通过CAD-CAE的方法对转轮进行优化，对于保证产品设计质量有具有实际意义。分析转轮的动力特性与尾水管压力脉动，，对安全运行具有一定的参考意义。
[Abstract]:The Francis turbine occupies a large proportion in the hydropower station. The runner is the core component to realize the energy conversion. The selection of the Francis turbine runner is generally determined according to the working head, and the runner is manufactured according to the principle of similarity. Due to the different operating conditions of the turbines in different hydropower stations, it may be difficult to achieve the design goal for the actual working performance of the runner, so it is necessary to optimize the runner according to the actual operating conditions. In this paper, the dynamic characteristics and pressure fluctuation of draft tube are studied by using HL160 runner as an example. Firstly, the hydraulic turbine runner is parameterized based on BladeGen, and the turbulent flow of the turbine runner is calculated under the actual operating conditions. According to the flow field calculation results and the blade wing pressure distribution, the runner structure is continuously optimized. Until the flow field in the runner impeller is optimized and the energy performance is guaranteed. The adaptability of hydraulic turbine runner to load fluctuation was tested and the structure of runner was fine-adjusted. Finally the optimized parameters of runner structure were outputted. The dynamic characteristics of the optimized turbine runner are analyzed. Firstly, the modes of the runner in the air and underwater are calculated, and the influence of the water on the inherent mode of the runner is analyzed. Then the fluid-solid coupling method is used to calculate the turbine, and the strain distribution characteristics of the runner blade in unidirectional fluid-solid coupling and bidirectional fluid-solid coupling calculation are analyzed. The pressure pulsation of draft tube is an important source of hydraulic excitation. The turbulent flow field and pressure distribution in the draft tube are investigated by the turbulent calculation of the optimized runner under the design operation condition. The flow field and vortex zone of draft tube are analyzed by calculating the operating condition of partial load. The calculation of pressure fluctuation in draft tube has certain reference significance for safe operation. Under the actual operating conditions, the optimization of runner by CAD-CAE has practical significance to ensure the quality of product design. Analyzing the dynamic characteristics of runner and pressure pulsation of draft tube has certain reference significance for safe operation.
【学位授予单位】：河北工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TV734.1

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本文编号：2050425