本文關(guān)鍵詞：混流式水輪機全流道內(nèi)部三維流場數(shù)值模擬，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】： 水輪機作為水電站的核心部件,對水電站的整體性能起著決定性的作用,水輪機技術(shù)的研究一直伴隨著水電的開發(fā)在不斷地發(fā)展。但是,國內(nèi)外的不少水電站也因一些尚未解決的技術(shù)問題導(dǎo)致機組出現(xiàn)異常甚至過流部件的損壞,因此,還是存在著困擾水輪機安全高效穩(wěn)定運行的一些技術(shù)難題亟待解決。另外,隨著機組容量和尺寸的逐步增大,水輪機比轉(zhuǎn)速不斷提高,人們對于混流式水輪機的運行穩(wěn)定性日益重視,這使得進(jìn)行水輪機內(nèi)部流場的模擬解析十分必要�？傊�,開展水輪機過流部件內(nèi)部的定常及非定常流動分析對于深入了解水輪機振動的內(nèi)在機理、改善水輪機的綜合水力性能、提高水輪發(fā)電機組的運行穩(wěn)定性具有十分重要的意義。 CFD技術(shù)以其特有的靈活性和周期短、花費小的多方面優(yōu)勢為研究者提供了一個新的有效研究手段。水力機械內(nèi)部流場的CFD數(shù)值模擬是研究混流式水輪機性能指標(biāo)的重要工具,它可以通過對水輪機各過流部件內(nèi)部流動穩(wěn)定場及非穩(wěn)定場的詳細(xì)模擬,了解過流部件內(nèi)部的綜合特性,為研究水輪機水力性能及穩(wěn)定性提供理論基礎(chǔ)。合理地使用水輪機內(nèi)部湍流流動的數(shù)學(xué)模型和計算技術(shù),進(jìn)行水輪機全流道的流動模擬計算研究是可行的研究方法,也是水輪機流動計算研究的發(fā)展方向。水輪機單流道或單個過流部件的CFD模擬計算由于沒有考慮各過流部件之間的耦合干涉,其預(yù)測結(jié)果也存在較大偏差,所以,非常有必要進(jìn)行全流道的各過流部件耦合計算來預(yù)測水輪機的整體特性和內(nèi)部流場特征。 本文結(jié)合某水電站的原型混流式水輪機幾何參數(shù)來建立此水輪機的全流道幾何物理模型。基于三維時均N-S方程對水輪機內(nèi)部流動及特性進(jìn)行三維數(shù)值模擬分析,首先采用標(biāo)準(zhǔn)κ-ε模型在不同導(dǎo)葉開度工況下對水輪機進(jìn)行了多部件、動靜耦合的定常湍流計算,獲得了各工況下各過流部件內(nèi)及動靜部件間的流動細(xì)節(jié),并預(yù)測了水輪機的能量和空化性能。在定常湍流計算的基礎(chǔ)上,以其作為初始條件應(yīng)用RNGκ-ε模型和滑移網(wǎng)格技術(shù)進(jìn)行了水輪機動靜干擾的非定常湍流數(shù)值模擬,得到的計算結(jié)果更接近實際流場的分布。對大渦模擬(LES)方法本文也進(jìn)行了探索和嘗試。計算結(jié)果表明水輪機中的水流處于復(fù)雜的湍流運動狀態(tài),轉(zhuǎn)輪流道內(nèi)夾雜著橫向流動、脫流和回流等二次流動現(xiàn)象,整個流道內(nèi)充滿著各種渦旋,包括葉道渦、卡門渦、尾水管渦帶等,對水輪機的效率和穩(wěn)定性產(chǎn)生著巨大的影響。與單個過流部件的流動模擬相比,整體解析的邊界條件更容易給定,只需指定蝸殼進(jìn)口和尾水管出口的邊界條件即可,計算結(jié)果跟實際情況更接近,因而能對水輪機的能量、空化特性做出更為準(zhǔn)確的預(yù)估。
【關(guān)鍵詞】：混流式水輪機 湍流 CFD 數(shù)值模擬
【學(xué)位授予單位】：昆明理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2007
【分類號】：TK733.1
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-10
• 第一章 緒論10-27
• 1.1 引言10-11
• 1.2 計算流體動力學(xué)(CFD)簡介11-19
• 1.2.1 CFD的特點11-12
• 1.2.2 CFD的優(yōu)勢12-13
• 1.2.3 CFD的工作步驟13-14
• 1.2.4 CFD的研究進(jìn)展14-18
• 1.2.5 CFD通用軟件介紹18-19
• 1.3 葉輪機械內(nèi)部流動數(shù)值模擬簡介19-25
• 1.3.1 基本方程及流動分析20-23
• 1.3.2 湍流模型及選擇23-24
• 1.3.3 水輪機流動數(shù)值模擬進(jìn)展24-25
• 1.4 本論文的研究內(nèi)容及主要工作25-27
• 第二章 流動描述及其數(shù)值模擬27-60
• 2.1 旋轉(zhuǎn)葉輪中通用流動控制方程27-30
• 2.1.1 連續(xù)性方程27-28
• 2.1.2 動量守恒方程28-29
• 2.1.3 控制方程的通用形式29-30
• 2.2 湍流的數(shù)值模擬30-44
• 2.2.1 湍流的基本方程30-31
• 2.2.2 CFD中的三維湍流模型31-41
• 2.2.2.1 標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型32-34
• 2.2.2.2 RNG k-ε模型34-36
• 2.2.2.3 大渦模擬(LES)36-41
• 2.2.3 近壁湍流模擬的壁面函數(shù)法41-44
• 2.2.3.1 動量方程中變量u的計算式42-43
• 2.2.3.2 湍動能方程與耗散率方程中k和ε的計算式43-44
• 2.3 基于有限體積法的控制方程離散及求解44-55
• 2.3.1 有限體積法的基本思想44-48
• 2.3.2 基于FVM的流體力學(xué)方程離散方法48-51
• 2.3.3 基于FVM的流場求解方法51-55
• 2.4 可動區(qū)域中流動問題的模擬55-60
• 2.4.1 旋轉(zhuǎn)參考坐標(biāo)系中的流動表述56-57
• 2.4.2 滑移網(wǎng)格技術(shù)簡介57-60
• 第三章 水輪機物理模型及網(wǎng)格生成60-68
• 3.1 水輪機三維流道實體模型的建立60-63
• 3.2 三維網(wǎng)格生成63-66
• 3.2.1 網(wǎng)格類型及單元的分類63-65
• 3.2.2 非一致網(wǎng)格技術(shù)65
• 3.2.3 網(wǎng)格劃分65-66
• 3.3 設(shè)定區(qū)域類型66-68
• 第四章 混流式水輪機全流道定常湍流計算及性能預(yù)估68-93
• 4.1 定常流動微分方程的有限體積法離散68-69
• 4.2 計算邊界條件設(shè)置69-70
• 4.2.1 水輪機全流道的三維湍流計算的邊界條件69-70
• 4.2.2 固壁表面流動條件的給定70
• 4.3 水輪機性能預(yù)估70-72
• 4.3.1 能量性能預(yù)估模型71
• 4.3.2 空化性能預(yù)估模型71-72
• 4.4 計算結(jié)果及分析72-92
• 4.4.1 原型水輪機的計算和性能預(yù)估結(jié)果72-74
• 4.4.2 原型水輪機三維定常湍流計算的結(jié)果和分析74-92
• 4.5 本章小結(jié)92-93
• 第五章 混流式水輪機非定常湍流數(shù)值模擬93-108
• 5.1 非定常流動微分方程的有限體積法離散93-95
• 5.2 混流式水輪機中三維非定常湍流計算方法95-97
• 5.2.1 水輪機流動分析技術(shù)的進(jìn)展95
• 5.2.2 水輪機中三維非定常湍流計算95-96
• 5.2.3 水輪機中動靜干擾流動的計算方法96-97
• 5.3 計算邊界條件的給定97
• 5.4 原型水輪機的非定常湍流計算結(jié)果及分析97-103
• 5.4 混流式水輪機內(nèi)的渦旋研究103-107
• 5.4.1 影響混流式水輪機穩(wěn)定性的主要因素103-104
• 5.4.2 混流式水輪機尾水管渦帶的特性104
• 5.4.3 混流式水輪機葉道渦的特性104-105
• 5.4.4 混流式水輪機卡門渦的特性105-106
• 5.4.5 混流式水輪機中渦旋產(chǎn)生的動力學(xué)原因106-107
• 5.5 本章小結(jié)107-108
• 第六章 結(jié)論與展望108-110
• 6.1 本文結(jié)論108-109
• 6.2 展望109-110
• 致謝110-111
• 參考文獻(xiàn)111-115
• 附錄A (攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表論文)115-116
• 附錄B (大渦模擬下的流場)116-118

【引證文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 李繼棟;曾永忠;劉小兵;歐順冰;;低比速水輪機轉(zhuǎn)輪副葉片對水力性能的影響[J];水電能源科學(xué);2012年06期

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 宋兵偉;混流式水輪機轉(zhuǎn)輪上冠間隙流誘發(fā)的軸系不穩(wěn)定性研究[D];大連理工大學(xué);2010年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前5條

1 王超;長短葉片混流式水輪機數(shù)值模擬及壓力脈動分析[D];昆明理工大學(xué);2010年

2 李明;水輪機筒閥動水關(guān)閉過程的三維非定常數(shù)值模擬[D];天津大學(xué);2011年

3 王宏偉;長短葉片混流式水輪機的數(shù)值模擬與性能分析[D];西華大學(xué);2010年

4 李繼棟;低比速水輪機轉(zhuǎn)輪短葉片對水力性能影響的研究[D];西華大學(xué);2012年

5 李夢;車身外部擾流器對汽車氣動特性的影響研究[D];吉林大學(xué);2013年

  本文關(guān)鍵詞：混流式水輪機全流道內(nèi)部三維流場數(shù)值模擬，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：253358