基于兩相流的水輪機(jī)引水、導(dǎo)水部件內(nèi)流特性研究.pdf

1、近年來(lái)，隨著計(jì)算流體力學(xué)和計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，一些三維粘性計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)軟件已成功地應(yīng)用于水輪機(jī)內(nèi)部的流動(dòng)特性分析。由于蝸殼內(nèi)部流動(dòng)十分復(fù)雜，目前對(duì)不同工況條件下的流動(dòng)特性了解得還是很少，而對(duì)于導(dǎo)水機(jī)構(gòu)內(nèi)部流場(chǎng)分析雖說(shuō)有了一定的進(jìn)展，但對(duì)于含泥沙的兩相流體的流場(chǎng)分析計(jì)算仍然欠缺，對(duì)整個(gè)水輪機(jī)引水、導(dǎo)水部件的耦合兩相流場(chǎng)進(jìn)行綜合分析及數(shù)值模擬的就更加少見(jiàn)。因此迫切需要對(duì)水輪機(jī)引水、導(dǎo)水部件的內(nèi)部?jī)上嗔鲃?dòng)進(jìn)行深入的研究，分析水輪機(jī)引水、導(dǎo)水部件

2、內(nèi)流場(chǎng)的兩相流流動(dòng)機(jī)理，進(jìn)而探討運(yùn)行于兩相流體(含沙水流)環(huán)境下的水輪機(jī)引水、導(dǎo)水部件性能及水力損失，得出相應(yīng)的優(yōu)化措施，為水輪機(jī)水力設(shè)計(jì)提供參考。 蝸殼、固定導(dǎo)葉和活動(dòng)導(dǎo)葉組成的引水、導(dǎo)水部件的水力設(shè)計(jì)對(duì)水輪機(jī)性能有著舉足輕重的作用。三個(gè)部件之間互相聯(lián)系、相互影響。在含沙水流中沙粒對(duì)引水、導(dǎo)水部件的磨損也和其中的流態(tài)有密切關(guān)系。由于兩相流工況下水輪機(jī)引水、導(dǎo)水部件的設(shè)計(jì)理論不是十分完善，在工程設(shè)計(jì)中多數(shù)的設(shè)計(jì)是建立在經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)之

3、上，利用清水設(shè)計(jì)理論并加以修正來(lái)設(shè)計(jì)，以至于設(shè)計(jì)出的水輪機(jī)在實(shí)際含沙河流上運(yùn)行時(shí)性能得不到保證。為了開(kāi)辟研究水輪機(jī)引水、導(dǎo)水部件內(nèi)部?jī)上嗔鲃?dòng)的新方法，本文把蝸殼、固定導(dǎo)葉和活動(dòng)導(dǎo)葉作為耦合整體聯(lián)系起來(lái)考慮，基于N-S方程，對(duì)其內(nèi)部流動(dòng)進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算，對(duì)輸送清水介質(zhì)時(shí)采用標(biāo)準(zhǔn)κ-ε湍流模型，對(duì)輸送含有固體顆粒的含沙兩相介質(zhì)時(shí)采用κ-ε-Ap模型，采用笛卡兒坐標(biāo)、混合四面體非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格和SIMPLE算法進(jìn)行計(jì)算。得出了一些結(jié)論并提出了一些建議

4、，可作為水輪機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)的參考和依據(jù)。主要研究成果如下： 1.對(duì)固液兩相湍流基本理論和數(shù)值求解方法進(jìn)行了較為系統(tǒng)的總結(jié)和闡述。 2.以劉家峽水電站2號(hào)水輪機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)為依據(jù)，進(jìn)行三維實(shí)體建模。通過(guò)對(duì)水輪機(jī)引水、導(dǎo)水部件內(nèi)部流動(dòng)的模擬計(jì)算，得出了輸送清水介質(zhì)與含沙兩相介質(zhì)時(shí)引水導(dǎo)水部件內(nèi)部流動(dòng)不同的規(guī)律；分析了水輪機(jī)引水、導(dǎo)水部件內(nèi)部流場(chǎng)的兩相流流動(dòng)機(jī)理，探討了運(yùn)行于兩相流體(含沙水流)環(huán)境下的水輪機(jī)引水、導(dǎo)水部件的性能及水