基于計算流體動力學的雙向貫流式水輪機的水力設(shè)計.pdf

1、世界能源工業(yè)面臨經(jīng)濟增長與環(huán)境保護的雙重壓力，潮汐能作為潔凈可再生新能源，逐漸受到了廣泛重視。目前，潮汐電站水力機組的研究相對滯后于常規(guī)水力機組，有關(guān)雙向貫流式水輪機的研究鮮有報道。本文以某雙向貫流式水輪機為研究對象，對其正、反向發(fā)電工況下的水力性能進行了數(shù)值分析;通過在轉(zhuǎn)輪出口設(shè)置后置導葉，對其反向性能進行了優(yōu)化。主要內(nèi)容和結(jié)論如下:
　　首先，選取75個正向發(fā)電工況點，基于不可壓流體的N-S方程和SSTk-ω湍流模型，對雙向貫

2、流式水輪機的轉(zhuǎn)輪和導葉進行了聯(lián)合計算。根據(jù)計算結(jié)果，確定了最優(yōu)工況點的導葉開度和葉片轉(zhuǎn)角，預估了正向發(fā)電工況時的模型綜合特性曲線;對正向最優(yōu)點轉(zhuǎn)輪內(nèi)部流態(tài)進行了深入分析;通過對反向發(fā)電工況的計算，確定了反向運行時的導葉開度，然后在固定葉片轉(zhuǎn)角的條件下得到了反向效率曲線。
　　第二，為了增加反向發(fā)電工況時轉(zhuǎn)輪進口處的水流預旋，本文在轉(zhuǎn)輪出口至尾水管進口段設(shè)置了后置導葉，以此提高反向運行工況的水力性能。參考后置導葉在貫流泵等流體機械中

3、的廣泛應用，初步確定了后置導葉的形式和數(shù)目，并通過正反向轉(zhuǎn)輪葉片進出口的速度三角形的分析初步確定了導葉開度，最后建立了后置導葉計算區(qū)域的幾何模型。
　　第三，本文對設(shè)置后置導葉的雙向貫流式水輪機進行了數(shù)值模擬。根據(jù)數(shù)值計算結(jié)果，設(shè)置后置導葉后，正向發(fā)電工況下，最優(yōu)點效率有所下降，模型水輪機內(nèi)部流態(tài)基本未發(fā)生變化;設(shè)置后置導葉后，反向發(fā)電工況時，最優(yōu)點效率提升了1.44％。
　　本文研究結(jié)果表明，在轉(zhuǎn)輪后設(shè)置后置導葉，可以增加