基于數(shù)值模擬的HL160水力壓力脈動研究.pdf

1、作為水電站的核心部件的水輪機(jī)組，對水電站的整體性能起著關(guān)鍵性的作用。隨著水輪機(jī)組單機(jī)容量和裝機(jī)尺寸的逐漸增大，水輪機(jī)比轉(zhuǎn)速日益提高，水輪機(jī)振動問題越來越突出，因而人們對于混流式水輪機(jī)的運行穩(wěn)定性越來越重視，其中流場不穩(wěn)定流動現(xiàn)象是引起振動的主要原因之一。利用CFD技術(shù)，對混流式水輪機(jī)過流部件內(nèi)部流動進(jìn)行三維定常及非定常流動分析，可以比較深入地了解水輪機(jī)水力振動方面的內(nèi)在機(jī)理，這樣對水輪機(jī)的綜合水力性能的提高、水輪發(fā)電機(jī)組的運行穩(wěn)定性的改

2、善具有非常重要的實際意義。
　　本文以學(xué)校試驗臺的模型水輪機(jī)HL160-LJ-25為研究對象，主要研究內(nèi)容如下:
　　(1)利用三維造型軟件Solidworks和ICEM網(wǎng)格劃分軟件對水輪機(jī)的蝸殼、固定導(dǎo)葉、尾水管的過流流道進(jìn)行實體造型和網(wǎng)格劃分，利用專業(yè)旋轉(zhuǎn)機(jī)械軟件Bladegen和Turbogrid對活動導(dǎo)葉和轉(zhuǎn)輪進(jìn)行實體造型和結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分。
　　(2)采用k-ε湍流模型對水輪機(jī)整體內(nèi)部流動進(jìn)行數(shù)值計算。因為蝸殼

3、和固定導(dǎo)葉造型時放在了一起，所以水輪機(jī)整個流道由四個計算域組成，存在三對交界面，兩個不轉(zhuǎn)動計算域的交界面采用GeneralConnection方式連接，不轉(zhuǎn)動的與轉(zhuǎn)動的計算域交界面采用FrozenRotorModel方式連接，由此對若干工況下水輪機(jī)的內(nèi)部流動進(jìn)行了三維定常湍流計算。研究發(fā)現(xiàn)大流量工況下轉(zhuǎn)輪的內(nèi)部流動特性普遍比小流量工況的流動特性好，最優(yōu)工況附近流動特性最好，與以往傳統(tǒng)認(rèn)識相符。
　　(3)以#1小流量工況全流道的三

4、維定常計算結(jié)果作為初始條件，對水輪機(jī)進(jìn)行三維非定常湍流計算，重點分析了活動導(dǎo)葉和轉(zhuǎn)輪之間動靜干涉下的流場和尾水管內(nèi)流場的流動特點。研究發(fā)現(xiàn)由于導(dǎo)葉出流的影響在某固定位置上總是出現(xiàn)壓強最大值和壓強最小值，在不同的時間步下，對于一個固定點，其壓強是隨著轉(zhuǎn)輪的轉(zhuǎn)動在不停地作周期性變化。#1工況下渦帶從轉(zhuǎn)輪出口直至發(fā)育到彎肘段消失，在直錐段呈現(xiàn)比較大的壓力脈動，肘管段的脈動主要集中于肘管的外壁側(cè)，在肘管段的下部直至擴(kuò)散段壓力脈動很小。分析計算結(jié)