長短葉片轉輪對混流式水輪機水力性能影響的研究.pdf

1、混流式水輪機作為水力設計中運行范圍最大的機組，在遠離設計工況運行時，會在流道中產生脫流或者渦帶，導致機組甚至鄰近的混凝土部件振動，產生疲勞應力破壞。由水頭變幅較大，運行工況偏離及尾水管補氣效果不顯著等原因導致機組產生了特殊壓力脈動，對水輪機穩(wěn)定運行產生了嚴重影響?；炝魇睫D輪其防空化、抗磨蝕以及壓力脈動性能越來越成為研究的關鍵。本文應用商用CFD軟件，采用基于有限體積法的數(shù)值模擬，對長短葉片混流式水輪機進行了CFD數(shù)值模擬并對其轉輪進行改

2、型且進行了CFD數(shù)值模擬。
　　本文首先對長短葉片轉輪全流道與常規(guī)葉片轉輪全流道進行建模、網(wǎng)格劃分，對所用網(wǎng)格進行無關性驗證。使用CFX軟件進行邊界條件設定，進行定常數(shù)值模擬，研究了長短葉片與常規(guī)葉片在相同進口條件下的流場特性與能量特性。研究結果表明：長短葉片轉輪具有更好的能量特性，可以改善轉輪的空化性能，降低轉輪出口環(huán)量，改善尾水管壓力脈動狀況。其次，對兩種轉輪的機組的進行全流道非定常數(shù)值模擬，研究了長短葉片與常規(guī)葉片在非定常條

3、件下的轉輪內部壓力脈動特性與渦量場分布規(guī)律。研究表明：長短葉片轉輪能夠降低轉輪內部以及轉輪出口處的壓力脈動波動與振動幅值，分散渦量場區(qū)域，減少葉道渦的產生，改善轉輪與尾水管的壓力脈動現(xiàn)象。然后，對長短葉片進行轉輪改型設計，改變短葉片的圓周安放位置，設計了四種轉輪模型并利用之前的網(wǎng)格模型加以修改后進行CFD全流道定常數(shù)值模擬，研究不同短葉片圓周安放位置下的轉輪流場特性與能量特性。研究結果表明：當短葉片圓周安放位置位于兩長葉片中間位置時，轉

4、輪效率最高、水力損失最小，流動特性最為良好，且具有最小的出口環(huán)量，有利于尾水管流態(tài)的改善。最后，對四種轉輪模型在定常計算的基礎上進行全流道非定常數(shù)值模擬，研究不同短葉片圓周安放位置下的轉輪壓力脈動特性與渦量場特性。研究結果表明：轉輪進口流道的寬窄影響著進出口的壓力脈動與振動幅值，當短葉片圓周安放位置位于兩長葉片中間位置時兩側的壓力脈動振動幅值比較接近，渦量變化較為平穩(wěn)，流場動能的耗散較小。為研究轉輪流道寬窄對壓力脈動的影響以及對流道內渦