30米水頭段混流式水輪機水力模型開發(fā)方案研究.pdf

1、計算流體動力學分析--CFD數(shù)值模擬計算技術(shù)能較準確地獲得水輪機內(nèi)部流場分布及過流部件內(nèi)部流動狀態(tài)信息，為研究水輪機水力模型的水力性能與穩(wěn)定性提供理論依據(jù)。
　　 在低水頭段水輪機的設計中，由于中高比轉(zhuǎn)速混流式水輪機具有效率較高、高效區(qū)寬、結(jié)構(gòu)緊湊、運行穩(wěn)定等優(yōu)勢，備受中小水電站青睞。本課題針對30米水頭段的混流式水輪機進行了設計與優(yōu)化，運用CFD流場仿真技術(shù)對混流式水輪機的內(nèi)部流動情況進行分析研究，最終開發(fā)出一個性能優(yōu)良的混流

2、式水輪機的水力模型方案。
　　 本文主要的研究工作和創(chuàng)新性成果如下：
　　 1、參照水頭段和比轉(zhuǎn)速相近、性能優(yōu)良的HL240水力模型全流道的幾何參數(shù)，采用ω=0的二元理論設計方法，設計出適合于28m-35m水頭段混流式水輪機轉(zhuǎn)輪；
　　 2、借助Pro/E三維造型軟件對已設計出的中高比轉(zhuǎn)速HL280水輪機水力模型初始方案進行全流道三維造型，并用ICEM軟件進行了全流道網(wǎng)格劃分，為提高過流部件內(nèi)部流動CFD數(shù)值模擬

3、精度及其性能預測的準確性奠定呵靠的基礎；
　　 3、針對水輪機蝸殼常規(guī)水力設計方法中存在的不足，合理劃分水輪機蝸殼內(nèi)的水力損失，建立水輪機蝸殼內(nèi)的水力損失計算模型，采用以沿水輪機蝸殼周向斷面的速度矩分布規(guī)律為設計變量的水輪機蝸殼的設計方法，對水輪機蝸殼進行了優(yōu)化設計，達到減小水力損失，提高水輪機蝸殼水力性能的目的；
　　 4、通過對中高比轉(zhuǎn)速混流式水輪機活動導葉的翼型(正曲率導葉、負曲率導葉、對稱導葉)及同一翼型的活動導

4、葉與固定導葉的不同周向相對位置分別進行了數(shù)值模擬，并將其對水輪機流場分布與效率的影響進行了分析。得出對于本課題研究的中高比轉(zhuǎn)速混流式水輪機，正曲率導葉能夠較好的滿足轉(zhuǎn)輪對來流的條件要求；活動導葉與固定導葉相對位置也對流場和機組的性能有一定影響，并給出了兩者的最佳匹配的關(guān)系式；
　　 5、采用CFD流場仿真軟件對運行中的典型工況(大流量工況、設計工況和小流量工況)共25個計算工況點的運行狀況進行了數(shù)值模擬，并以模擬結(jié)果獲得的流場信