混流式水轮机内部流动特性研究

• 作 者: 干超
• 机 构: 华北水利水电大学
• 出 处: 华北水利水电大学
• 发表日期: 2013年期
• 关键词: 混流式水轮机 内部流场 数值计算 水力性能 计算流体动力学 三维实体模型

混流式水轮机内部流动状态直接影响机组能量转换的效率，在偏离最优工况时会产生脱流、空化空蚀，引起机组振动，是影响机组运行稳定性的主要因素。其中水力不平衡、尾水管涡带、卡门涡列等对机组振动影响都比较大，尤其是尾水管涡带引起的振动更严重。　　
目前关于水轮机水力性能的研究方法主要有四种:理论分析、模型试验、真机试验和数值模拟分析。近年来随着计算机技术不断地发展和进步，计算流体动力学CFD(Computational Fluid Dynamics，简称CFD)也逐渐成为流体力学的一种重要研究手段。基于CFD软件的数值模拟已成功运用于水轮机内部流动特性分析，这对于优化过流部件设计和研究机组水力振动有非常重要的意义。相比其他三种研究方法，数值模拟在结果上是可信的，而且能节省大量人力、物力和财力，是目前工程上广泛应用的方法。　　
本文以CFD软件FLUENT为工具，对不同工况下混流式水轮机全流道内部流动进行数值模拟计算，得到各过流部件内部的压力场和速度场。根据流场计算结果分析其内部流动状态和压力、速度等参数的数值变化情况，揭示水轮机各过流部件的流动信息，为水轮机的动水压力分布和空腔涡带等分析提供帮助，为水轮机的各过流部件的优化设计提供依据。主要研究成果有:　　
(1)运用FLUENT前处理器GAMBIT建立三维实体模型，确定全流道的计算域，对每个计算域进行网格划分，设置计算域的流体介质，设置边界条件。　　
(2)分析并选取几个典型的工况点，将划分好的网格模型导入FLUENT软件进行数值模拟计算，得到水轮机各过流部件内部流场的压力分布、速度分布及流线图等。　　
(3)比较各工况下水轮机各过流部件内部压力场、速度场分布图及流线图的变化情况，分析内部流态的变化规律，讨论尾水管涡带产生的原因及变化规律。得出预期的结果，并提出优化措施。