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水轮机内部流动分析与性能优化研究
中文名称: 水轮机内部流动分析与性能优化研究
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论文编号: 3046281收藏本论文】【我的收藏】【我要投稿
英文名称: Flow Field Analysis and Hydraulic Performance Optimization for Hydraulic Turbine
学位类型: 博士毕业论文
作者: 涉及隐私,隐去***  作者本人请参看权力声明>>
导师: 涉及隐私,隐去***
毕业学校: 涉及隐私,隐去***
专业: 水利水电工程
毕业年份: 涉及隐私,隐去***
关键字: 水轮机 多块网格 间隙流 水力性能优化 轴流式水轮机 数值模拟
简介目录: 点击此处 免费索取本论文简介和目录>>
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论文简介:本文混流式水轮机部分是在国家自然科学基金重点项目《巨型混流式水轮机组振动与稳定性研究》(90410019)资助下完成。轴流式水轮机部分是在国家自然科学基金项目《水轮机间隙流动的试验和数值模拟研究》(50379044)资助下完成。本文对水轮机内部流动分析及性能优化进行了系统研究,并进行了试验验证,主要成果有:本文根据水轮机通流部件几何形状的特点,采用拼接式多块网格技术,建立了网格块划分的拓扑方法,采用代数方法实现水轮机通流部件网格生成,能够快速实现全包角蜗壳、半蜗壳、导叶、混流式转轮、轴流式转轮、尾水管的高质量结构化网格生成。 提出了混流式水轮机转轮叶片进出水边外延方法和水轮机叶片参数样条曲面改型方法。建立了叶片改型与CFD分析的关系,并成功应用于三峡右岸等多个重点工程的水轮机研发。 通过水轮机各通流部件的数值模拟,改进了水轮机各通流部件的整体性能。采用k-ε模型数值模拟,得到了水轮机的数值效率,通过试验对比,混流式水轮机的数值效率在设计点附近与试验值具有很好的吻合,而远离设计工况计算结果偏差加大。 提出了在CFD分析中通过转轮出口环量控制改善压力脉动的方法,并成功解决了重大工程三峡水轮机模型试验中出现的高部分负荷压力脉动问题;通过性能优化,全面提高了三峡右岸水轮机的水力性能,使三峡右岸水轮机与左岸相比不仅效率有所提高、空化系数得到降低,而且压力脉动性能具有实质性突破,使该成果在三峡右岸机组中得到应用,具有重大的经济效益和社会效益。 采用CFD分析了轴流式水轮机转轮轮缘间隙大小对转轮效率的影响、对间隙泄漏量的影响、对主流的影响及间隙涡的产生部位的影响。 通过分析轴流式水轮机导叶和转轮动静面的选取部位对计算结果的影响,提出了动静面的选取方法;通过匹配关系的研究,对轴流式水轮机进行了性能优化,获得了比较理想的结果。 采用k-ε模型和雷诺应力模型对轴流式水轮机进行了整体计算,在最优工况,雷诺应力模型没有显示出优势,而且计算时间太长;整体计算间隙涡的预测比单部件的预测更接近试验结果。 通过试验分析,间隙涡的产生与叶片冲角有关,冲角越大间隙涡也越大,间隙涡对水轮机叶片的破坏是主要因素。工况不同,间隙涡的位置及大小也不同。实验表明,轮缘间隙流动有五种空化形态,这几种空化形态随开度发生变化,可能有一种或两种同时出现。
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