軸流式水輪機(jī)內(nèi)部流場計(jì)算與分析.pdf

1、水力機(jī)組的振動是水電站運(yùn)行中常見的異?，F(xiàn)象，機(jī)組振動大體上可分為水力振動、機(jī)械振動和電磁振動，其中水力振動主要由水輪機(jī)引起。
　　水力振動多數(shù)是由水輪機(jī)過流部件內(nèi)的水力不平衡和水流不穩(wěn)定而引起的。軸流式水輪機(jī)因應(yīng)用水頭低而采用混凝土蝸殼，蝸殼與引水道連接處容易產(chǎn)生水流不穩(wěn)定的狀況。此外，有些電站由于受到地質(zhì)和地形條件的限制，引水道在蝸殼進(jìn)口處采用較大的轉(zhuǎn)彎角度，這更可能引起水輪機(jī)內(nèi)水流的不穩(wěn)定，引起水力不平衡現(xiàn)象的發(fā)生，因此對軸流

2、式水輪機(jī)內(nèi)部流場的研究是非常必要和有意義的。
　　近年來計(jì)算流體力學(xué)CFD(Computational Fluid Dynamics)的迅速發(fā)展促使處于湍流狀態(tài)的水輪機(jī)內(nèi)部流動的特性可用連續(xù)性方程和Navier-Stokes方程來描述。通過建立過流部件的三維湍流數(shù)學(xué)模型，聯(lián)立求解連續(xù)性方程和Navier-Stokes方程，可得計(jì)算域內(nèi)各處的流動速度和壓力分布等各種信息。這種數(shù)值模擬的方法可以用于分析水輪機(jī)內(nèi)的水力不平衡以及水流不穩(wěn)

3、定產(chǎn)生的原因，對于優(yōu)化過流部件的設(shè)計(jì)和減弱甚至消除水力振動具有非常重要的意義。
　　本文以計(jì)算流體動力學(xué)軟件Fluent為工具，對一具有特殊進(jìn)口條件的軸流式水輪機(jī)過流部件建立幾何模型，采用SIMPLEC算法與RNG k-ε紊流模型對水輪機(jī)內(nèi)部流場進(jìn)行數(shù)值模擬，得到各過流部件內(nèi)部的速度場和壓力場，并以此為依據(jù)分析特殊進(jìn)口條件對流場產(chǎn)生的影響以及各過流部件設(shè)計(jì)中所存在的問題，為問題的解決與過流部件的優(yōu)化提出一個有力的依據(jù)。研究成果如下

4、：
　　(1)運(yùn)用Fluent前處理器Gambit軟件，建立了某一具有特殊引水道的軸流式水輪機(jī)過流部件的網(wǎng)格模型。
　　(2)建立水輪機(jī)過流部件的數(shù)值計(jì)算模型，應(yīng)用CFD技術(shù)將劃分好網(wǎng)格的模型導(dǎo)入Fluent軟件進(jìn)行數(shù)值模擬。
　　(3)在額定水頭時的額定流量、大流量、小流量工況下，對軸流式水輪機(jī)各過流部件內(nèi)部的速度場和壓力場進(jìn)行數(shù)值計(jì)算與理論分析，給出全流道內(nèi)流場的整體評價，并預(yù)測引起問題存在的可能性因素，為問題的解