基于CFD的四叶片贯流式水轮机增容改造研究

发布时间：2021-05-10 06:35

　　本文针对部分老旧水电站出现的出力不足的现象,以某四叶片灯泡贯流式模型水轮机为研究对象,利用全流道定常数值模拟来分析轮毂比的改变对灯泡贯流式水轮机能量性能的影响,并通过非定常计算来得到流道内稳定性的改变情况,从而验证了轮毂比的改变能达到灯泡贯流式水轮机的增容改造效果,这一研究具有实际工程意义。本文的主要结论为以下几个方面:首先,对5种轮毂比方案的水轮机进行了全流道定常数值模拟,分析了203种工况下水轮机的能量性能变化情况,研究结果表明:随着轮毂比的减小,水轮机流量增大,从而过流能力增强,而水轮机效率逐渐降低。轮毂比减小至0.33时出力最大,再减小轮毂比会导致水轮机出力的下降。同一工况下,轮毂比越小,活动导叶受力面靠近尾部区域的水流流态得到改善。而轮毂比在一定范围内减小时,能够改善叶片受力面的压力分布梯度并减轻吸力面低压空化面积,提升了桨叶能量转换的效率。此外,当轮毂比极小时,尾水管中会出现明显的回流,特别是在小流0.330量工况下,会伴随着涡带的产生。接着,初步分析得出-轮毂比的减小会减轻因卡门涡引起的绕流部件产生共振的可能性,为延长过流部件的疲劳寿命提供了有利条件。其次,对轮毂比0.3... 

【文章来源】：西安理工大学陕西省

【文章页数】：69 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景与意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 水轮机增容改造研究的现状
        1.2.2 CFD技术在水轮机增容改造中的应用
    1.3 水轮机增容改造的必要性
    1.4 水轮机增容改造的可行性
    1.5 本课题主要研究内容
2 数值计算方法及网格划分技术
    2.1 数值求解方法
        2.1.1 控制方程
        2.1.2 湍流数值模拟方法
    2.2 网格划分技术
        2.2.1 结构化网格
        2.2.2 非结构化网格
        2.2.3 混合网格
        2.2.4 网格质量评价标准
    2.3 本章小结
3 水轮机过流部件的几何模型的建立及网格划分
    3.1 水轮机过流部件几何模型的建立
        3.1.2 活动导叶的几何建模
        3.1.3 叶片的几何建模
        3.1.4 尾水管的几何建模
    3.2 网格划分
        3.2.1 计算域网格划分
        3.2.2 网格无关性验证
    3.3 本章小结
4 轮毂比对灯泡贯流式水轮机能量性能的影响
    4.1 灯泡贯流式水轮机的基本结构
    4.2 灯泡贯流式水轮机的的工作特性
    4.3 转轮轮毂比改型方案
    4.4 计算工况的选取
    4.5 定常数值计算
        4.5.1 数值计算边界条件设置
        4.5.2 计算结果分析
    4.6 轮毂比改变对机组运行中卡门涡的影响
    4.7 本章小结
5 轮毂比对灯泡贯流式水轮机稳定性的影响
    5.1 非定常数值计算边界条件设置
    5.2 监测点的设置
    5.3 计算结果分析
        5.3.1 转轮压力脉动分析
        5.3.2 尾水管压力脉动分析
    5.4 本章小结
6 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
致谢
参考文献


【参考文献】：
期刊论文
[1]轮毂比对轴流式叶轮水力性能的影响[J]. 石丽建,汤方平,谢荣盛,谢传流.  排灌机械工程学报. 2016(12)
[2]基于CFD分析的水泵水轮机活动导叶优化设计[J]. 赵永智,刘德民,荀洪运.  东方电气评论. 2016(03)
[3]水轮机过流部件出水边夹角对卡门涡频率的影响[J]. 刘晶石,姜铁良,庞立军,吕桂萍.  机械工程学报. 2017(04)
[4]探究中小型水电站水轮机增效扩容改造方案[J]. 文相.  通讯世界. 2016(16)
[5]小型水电站增容改造中存在的问题及对策措施[J]. 邢正锋.  农业科技与信息. 2016(22)
[6]灯泡贯流式水轮机出力提升方案研究[J]. 张飞,陈俊锋,吕刚,潘罗平.  中国水利水电科学研究院学报. 2016(03)
[7]超低水头轴流式水轮机CFD优化及流动特性研究[J]. 刘敏,周大庆,吴国颖,陈会向,王惠芝.  水电能源科学. 2016(01)
[8]世界各地水电站水轮发电机组的升级改造[J]. P.雷诺兹,刘明,胡平.  水利水电快报. 2015(11)
[9]基于Workbench的水轮机轴疲劳寿命分析[J]. 赵玺,朱李,赖喜德,陈小明,苟秋琴.  中国农村水利水电. 2015(09)
[10]基于数值模拟的混流式水轮机叶片改型方法的研究[J]. 刘彬,余波,陈凌平.  大电机技术. 2015(04)

博士论文
[1]灯泡贯流式水轮机协联关系及性能研究[D]. 李正贵.兰州理工大学 2014
[2]混流式水轮机尾水管空化流场研究[D]. 杨静.中国农业大学 2013
[3]水轮机内部非定常湍流的数值模拟研究[D]. 黄剑峰.昆明理工大学 2013
[4]混流式水轮机转轮叶片疲劳裂纹控制研究[D]. 张丽霞.清华大学 2010
[5]轴流泵水力模型设计方法与数值模拟研究[D]. 杨敬江.江苏大学 2008

硕士论文
[1]水泵水轮机空化特性及过渡过程数值模拟研究[D]. 尤建锋.武汉大学 2017
[2]混流式水轮机尾水管涡带和压力脉动数值计算分析[D]. 曾章美.西华大学 2016
[3]张河湾抽水蓄能机组转轮疲劳寿命的研究[D]. 黄嘉.华北电力大学 2015
[4]含沙水中混流式水轮机内部流动数值模拟及分析[D]. 叶培.西华大学 2015
[5]农村小水电技术改造研究[D]. 纪计坡.浙江大学 2012
[6]贯流式水轮机过流部件强度及叶片的疲劳寿命分析[D]. 宋立杰.东北大学 2012
[7]基于CFD的水轮机转轮改型设计[D]. 罗宏博.兰州理工大学 2011



本文编号：3178876