超低比转速混流式水轮机的优化设计研究

发布时间：2025-04-11 03:13

　　经济发展往往伴随能源的消耗,能源供需矛盾也随之慢慢突出,同时一些社会生产生活方面又存在对能源的大量浪费现象。在国家提出紧密围绕工业节能与绿色发展,落实中国制造2025的大背景下,开展对节能工作的研究。我国有大大小小上万座机械通风冷却塔,而驱动风机转动的电机消耗了不小的电能。同时,由于设计的要求,大多数在冷却塔中进行冷却的流体（如水）中存在富余能量。课题组前期设计了一款水轮机,以利用该富余能量,并代替电机直接驱动风机旋转,以达到节能目的。该水轮机虽然满足冷却塔工作需求,但效率较低,引水部件损失较大,固定导叶区局部高压现象明显,转轮区有脱流、漩涡现象。因此作者采用正交优化的思想,针对水轮机固定导叶和转轮的几何参数对水轮机水力性能的影响,开展优化设计研究。主要通过Unigraphics NX（UG）软件建立三维模型,选用RNGk-?湍流模型,利用计算流体动力学（Computation Fluid Dynamics,CFD）技术进行模拟计算,对水轮机性能进行预估;选取适当因素和水平,设计正交方案,进行参数优化,最终得到水力性能更好的水轮机。主要成果如下:（1）对固定导叶进口安放角、个数、出流角进...

【文章页数】：70 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 课题研究背景及意义
        1.1.1 课题研究背景
        1.1.2 课题研究意义
    1.2 国内外研究现状
    1.3 主要研究内容
2 研究方法
    2.1 正交优化理论
        2.1.1 理论简介
        2.1.2 正交优化理论原理
        2.1.3 正交优化设计步骤
    2.2 CFD数值模拟方法
        2.2.1 CFD概述
        2.2.2 网格及划分
        2.2.3 控制方程及其离散方法
        2.2.4 湍流模型
        2.2.5 边界条件的设定
3 单因素对水轮机水力性能的影响研究
    3.1 固定导叶各参数对水轮机水力性能的影响研究
        3.1.1 固定导叶进口安放角对水轮机水力性能的影响研究
        3.1.2 固定导叶数对水轮机水力性能的影响研究
        3.1.3 固定导叶出口角对水轮机水力性能的影响研究
    3.2 转轮各参数对水轮机水力性能的影响研究
        3.2.1 转轮叶片进口安放角对水轮机水力性能的影响研究
        3.2.2 转轮叶片出流角对水轮机水力性能的影响研究
        3.2.3 转轮叶片数对水轮机水力性能的影响研究
        3.2.4 转轮上冠型线对水轮机水力性能的影响研究
4 正交优化方案设计及优化实现
    4.1 因素、水平的选取及优化表设计
    4.2 编制试验方案
    4.3 正交试验方案结果分析
        4.3.1 极差分析
        4.3.2 正交试验方案计算结果
        4.3.3 优化后水轮机水力性能参数
    4.4 水轮机内部流场分析
        4.4.1 蜗壳内部流场分析
        4.4.2 固定导叶内部流场分析
        4.4.3 转轮流场分析
        4.4.4 尾水管流场特性分析
5 变流量工况下水轮机的水力性能
6 结论与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表论文及科研成果
致谢



本文编号：4039412