混流式转轮内部的鱼类损伤机理研究及鱼类存活率优化

发布时间：2020-09-18 21:09

　　我国水电工程在发展过程中不可避免地会对鱼类生态性能产生一定的负面影响,严重时甚至会造成某些珍贵鱼种灭绝,进而影响了物种多样性及渔业的发展。而水电站的水轮机设备是诱发过机鱼类伤亡的主要根源之一。鱼类在游经水轮机过流通道而伤亡的主要因素有叶片撞击、压强、剪切以及空化损伤。因此探究量化分析各机理对鱼类造成伤亡概率的方法并对水轮机转轮叶片进行鱼类友好型优化具有至关重要的意义。本文基于计算流体动力学理论对混流式水轮机转轮内部鱼类遭受各因素损伤的概率进行分析并对转轮进行亲鱼型优化。主要进行的工作和相关结论如下:(1)混流式转轮内部鱼类损伤机理研究及量化分析方法的确定。结合计算流体动力学分析方法、鱼类-叶片撞击模型以及径向基神经网络响应技术创建了一种计算过机鱼类与转轮叶片撞击所产生的伤亡率的方法。并以鱼类不发生压强及剪切损伤的阈值为基础,建立了量化计算鱼类受压强及剪切损伤概率的方法。(2)转轮内鱼类伤亡概率分析。基于鱼类遭受各机理损伤概率的计算方法研究了不同流量工况下混流式转轮内部鱼类受损概率。结果表明转轮内鱼类遭受叶片撞击、压强、剪切及压强梯度而伤亡的概率与流量成正相关关系,对比相同流量工况下鱼类遭受各机理损伤的概率发现,鱼类受转轮叶片撞击而伤亡的概率远高于其他因素的致损概率,所以对转轮开展亲鱼型优化时,叶片撞击是应考虑的主要因素。(3)叶片数改变对鱼类伤亡概率影响分析。通过减少转轮叶片数的前提下对叶片翼型包角的分布规律进行优化,分别得到了叶片数为11和13的两个改进转轮,分别对两个改进转轮内鱼类受叶片撞击、低压、高压强梯度以及强剪切应力而损伤的概率进行分析并与原始转轮进行对比,结果表明改进转轮可以有效的降低鱼类受各因素而损伤的概率。最后通过综合考虑两个改进转轮内鱼类生态性能以及水力性能,选择采用13叶片的改进转轮作为最终的亲鱼型转轮方案。该研究可为混流式水轮机转轮的亲鱼型设计提供有价值的参考。
【学位单位】：西安理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TK733.1
【部分图文】：

工作流程图,工作流程图,数值模拟,鱼类

2-1 ANSYS CFD 数值模拟工作流程ng flow diagram of ANSYS CFD 具有极为复杂的水动力特性，场等，会对鱼类的生存造成一在实际工作时通常还需经历不速度场、压力场及涡量场等的性，从而影响水轮机鱼类过机鱼类伤亡率，有必要对流道内恒定律即质量、动量以及能量热能的传递，所以只需将质量水流运动中，质量守恒定律是( ) ( ) ( )u v wt x y z + + + =

水轮机,三维模型,混流式,活动导叶

1.蜗壳 2.固定导叶 3.活动导叶 4.转轮 5.尾水管图 2-2 水轮机全流道三维模型Fig.2-2 3D model of turbine full passage格无关性验证构建完毕后，接下来则需对其进行网格划分，结，加快计算的收敛速度，使计算更精确，所以对M CFD18.0 进行结构化六面体网格划分，对活动部件近壁面处的网格进行加密。图 2-3 为混流式

局部放大图,水轮机,计算网格,网格节点

(e)导叶和转轮网格的局部放大图图 2-3 水轮机全流道的计算网格2-3 Simulation mesh of whole flow passage of hydrot效率作为判断标准对整个水轮机网格节点数结果不会有影响并节约计算时间，在数值模及 956 万网格节点数所对应的水轮机额定5 6 7 8 9 95.095.596.0水力效率 /%网格节点数×106图 2-4 网格无关性分析

【相似文献】