混流式水輪機轉(zhuǎn)輪空化流動特性的數(shù)值計算及性能改善.pdf

1、Xihua UniversityMaster Degree ThesisNumerical calculation and performanceimprove-ment of cavitation flow inFrancis Turbine RunnerCandidate : Wang XinMajor : Power EngineeringStudent ID: 212014085206003Supervisor: Liu Xia

2、obing；SN ENGR: Liu DeminApril, 2017Classified Index:UDC:西華大學(xué)碩士論文1摘 要在水輪機運行過程中，當(dāng)內(nèi)部壓強降低到一定程度時，水中含有的不溶解氣體、 泥沙等雜質(zhì)和泥沙表面細(xì)縫中寄存著的氣核就會膨脹形成空泡，進而發(fā)生空化、空蝕， 造成水輪機過流部件表面破壞，引起機組結(jié)構(gòu)部件振動損壞，致使機組效率下降不能正常工作。因此，水輪機空化問題一直是水輪機研究的重點、難點課題。本研究以混流式水

3、輪機為研究對象，根據(jù)廠家提供數(shù)據(jù)，應(yīng)用 UG 軟件，建立全流道幾何物理模型，對全流道單相流、空化多相流進行定常及非定常數(shù)值計算，研究內(nèi)容及成果如下：首先，對水輪機全流道進行單相定常數(shù)值計算，探討轉(zhuǎn)速與開度對水輪機內(nèi)部尤其是轉(zhuǎn)輪區(qū)域的影響。結(jié)果表明：在同一單位轉(zhuǎn)速時，隨著開度的加大，轉(zhuǎn)輪區(qū)域流線愈順暢，同時葉片出水邊尾部低壓區(qū)范圍逐漸擴展；在同一開度時，小開度下低單位轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)輪區(qū)域流線比高單位轉(zhuǎn)速時紊亂， 大開度下高單位轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)輪區(qū)域流線

4、比低單位轉(zhuǎn)速時紊亂；無論轉(zhuǎn)速是否相同，小開度下的低壓區(qū)更容易出現(xiàn)在葉片出水邊靠近上冠的位置，大開度下的低壓區(qū)更容易出現(xiàn)在葉片出水邊靠近下環(huán)位置。其次，對水輪機全流道定常及非定?？栈瘍上嗔鲃舆M行數(shù)值計算，對轉(zhuǎn)輪區(qū)域的空化性能及壓力脈動進行分析，結(jié)果表明：大開度與小開度的轉(zhuǎn)輪空化發(fā)生位置變化差異較大：大開度時，主要集中在葉片吸力面靠近下環(huán)一側(cè)；而小開度時，比較集中在靠近上冠位置。轉(zhuǎn)輪區(qū)域不但存在低頻同時也存在高頻壓力脈動，高頻壓力脈動主要由

5、活動導(dǎo)葉與轉(zhuǎn)輪間的動靜干涉引起，其引起的高頻壓力脈動對轉(zhuǎn)輪葉片表面影響很大，該頻率壓力脈動幅值的大小與活動導(dǎo)葉到轉(zhuǎn)輪葉片表面的距離有關(guān)； 葉片表面振幅從葉片的進水邊沿出水邊方向呈減小變化，驗證了動靜干擾產(chǎn)生的高頻脈動，同時說明了在吸力面的出水邊位置低壓區(qū)壓力較容易趨于穩(wěn)定，更利于初生空化的發(fā)生。最后，提出了兩種空化性能改善的方法，即加副葉片和葉片開孔，并對相應(yīng)方案進行數(shù)值計算與分析。結(jié)果表明：兩種方法都能有效的改善空化性能，說明這兩種方