高水頭混流復(fù)合式轉(zhuǎn)輪內(nèi)部流動(dòng)及其性能研究.pdf

1、我國水力資源豐富，且主要集中在西部，其特點(diǎn)是落差大，多泥沙?；炝魇綑C(jī)型在轉(zhuǎn)速、容量和水頭相匹配的情況下，相對(duì)于沖擊式有許多優(yōu)越性，特別是復(fù)合葉柵的轉(zhuǎn)輪以其出力大，運(yùn)行穩(wěn)定，抗磨蝕性能好，效率高等優(yōu)勢(shì)，得到了較普遍的認(rèn)可。為了使寶貴的可再生清潔能源得到盡可能充分地開發(fā)和利用，本文針對(duì)125m水頭段水力資源，擬開發(fā)出一個(gè)新的性能優(yōu)良的水輪機(jī)復(fù)合轉(zhuǎn)輪水力模型方案。在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）和計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)CFD數(shù)值計(jì)算技術(shù)的支持下，對(duì)復(fù)合轉(zhuǎn)輪

2、內(nèi)部流動(dòng)進(jìn)行研究和探討，旨在找出短葉片翼型及其布置位置等對(duì)全流場內(nèi)部流動(dòng)及性能的規(guī)律，完善短葉片及轉(zhuǎn)輪的設(shè)計(jì)方法，具有很高的學(xué)術(shù)價(jià)值和重要工程現(xiàn)實(shí)意義。若取得成果應(yīng)用前景廣闊。 作者在適用于該水頭段的常規(guī)水輪機(jī)中選取一個(gè)性能較優(yōu)良的轉(zhuǎn)輪作為初始方案，根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)，選取HL153-600型轉(zhuǎn)輪作為初始轉(zhuǎn)輪模型，擬開發(fā)出性能優(yōu)良的HL153-460型水輪機(jī)復(fù)合轉(zhuǎn)輪水力模型方案，主要研究內(nèi)容和創(chuàng)造性成果如下： 1．根據(jù)水輪機(jī)相

3、似原理和設(shè)計(jì)參數(shù)要求，設(shè)計(jì)出優(yōu)良的復(fù)合葉輪長葉片；短葉片及其葉柵的設(shè)計(jì)基于長葉片木模圖，文中以對(duì)應(yīng)水平截面的長葉片工作面為其短葉片的工作面，沿水平截面與長葉片成比例縮放，借助于Proe/E強(qiáng)大的實(shí)體和編輯功能，快速生成短葉片的三維實(shí)體模型，經(jīng)Pro/E的曲面分析其工作面和背面基本上達(dá)到光滑度要求，可以作為短葉片葉柵的基礎(chǔ)模型。 2．以長短葉片數(shù)，短葉片周向偏置度，長短葉片的長度比值作為參數(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)輪水力設(shè)計(jì)，保持短葉片與長葉片為同

4、一進(jìn)口位置，其他徑向偏置不做考慮，進(jìn)行多方案改進(jìn)設(shè)計(jì)，對(duì)包括蝸殼和尾水管在內(nèi)的全流場進(jìn)行數(shù)值模擬，針對(duì)其中一個(gè)設(shè)計(jì)方案，采用不同的湍流模型，網(wǎng)格數(shù)以及迭代殘差，盡可能把人為誤差控制在最小范圍內(nèi)，確保后期計(jì)算結(jié)果的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。通過數(shù)值分析預(yù)測(cè)了各設(shè)計(jì)方案的性能曲線，得到了添加短葉葉柵后對(duì)水輪機(jī)性能的影響趨勢(shì)：η—H曲線更趨平坦，且高效區(qū)變寬：Q—H曲線向大流量方向偏移；N—H曲線更加陡增。 3．蝸殼，導(dǎo)葉和尾水管都是水輪機(jī)的重

5、要過流部件，針對(duì)水輪機(jī)全蝸殼常規(guī)水力設(shè)計(jì)方法中存在的不足，利用數(shù)值計(jì)算方法，使蝸殼尾部圓斷面內(nèi)的水流遵循速度矩為常數(shù)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，而無須轉(zhuǎn)換成橢圓斷面，從而完善蝸殼非圓形斷面的水力設(shè)計(jì)方法。經(jīng)流場模擬分析驗(yàn)證，設(shè)計(jì)出的蝸殼不僅使蝸殼中的水流運(yùn)動(dòng)符合設(shè)計(jì)基本假定，其流場分布與理論分析相符合，而且所設(shè)計(jì)出的蝸殼流道平順光滑，流態(tài)分布良好。 本項(xiàng)目研究水力模型的開發(fā)屬于新機(jī)型，又由于時(shí)間、條件和本人經(jīng)驗(yàn)不足所限，有很多工作目前還沒有進(jìn)行