為了研究燈泡貫流式水輪機(jī)在固液兩相流動(dòng)下過流部件的磨損程度,以某水電站實(shí)際運(yùn)行的水輪機(jī)為研究對象,基于Particle模型和非均相模型,對水輪機(jī)內(nèi)部流場進(jìn)行數(shù)值模擬。分析了體積分?jǐn)?shù)為1%,泥沙粒徑為0.01、0.05、0.10和0.25 mm時(shí),過流部件工作面和背面的固體顆粒相的滑移速度及固相體積分?jǐn)?shù)。結(jié)果表明:隨著顆粒粒徑的增大,槳葉上固體顆粒相的滑移速度減小、導(dǎo)葉上滑移速度增大;在漿葉進(jìn)水邊和輪緣,導(dǎo)葉的進(jìn)水邊和輪轂處固體顆粒相的體積分?jǐn)?shù)較大,磨損較為嚴(yán)重,與現(xiàn)場真機(jī)照片磨損位置相同,說明采用Particle模型和非均相模型能準(zhǔn)確地模擬固液兩相流水輪機(jī)內(nèi)的流動(dòng)規(guī)律。 

【文章來源】：熱能動(dòng)力工程. 2020,35(02)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：9 頁

【部分圖文】：

貫流式水輪機(jī)流體域計(jì)算模型

為提高計(jì)算精確度,進(jìn)口段、燈泡體和尾水管流體域?yàn)榻Y(jié)構(gòu)化網(wǎng)格,活動(dòng)導(dǎo)葉與轉(zhuǎn)輪流體域?yàn)榉墙Y(jié)構(gòu)化網(wǎng)格,經(jīng)網(wǎng)格無關(guān)性驗(yàn)證,如圖2所示,最終確定網(wǎng)格單元數(shù)為8 877 746,節(jié)點(diǎn)數(shù)為1 937 620,各部分網(wǎng)格數(shù)量如表1所示,其流體域網(wǎng)格如圖3所示。表1 水輪機(jī)各部件網(wǎng)格分布情況Tab.1 Grid layout of turbine components 名稱 網(wǎng)格數(shù)量 網(wǎng)格節(jié)點(diǎn) 網(wǎng)格類型 進(jìn)口段 65 588 69 260 六面體網(wǎng)格 燈泡體 30 240 34 188 六面體網(wǎng)格 活動(dòng)導(dǎo)葉 5 528 362 1 071 163 四面體網(wǎng)格 轉(zhuǎn)輪 3 091 201 594 621 四面體網(wǎng)格 尾水管 162 355 168 388 六面體網(wǎng)格

表1 水輪機(jī)各部件網(wǎng)格分布情況Tab.1 Grid layout of turbine components 名稱 網(wǎng)格數(shù)量 網(wǎng)格節(jié)點(diǎn) 網(wǎng)格類型 進(jìn)口段 65 588 69 260 六面體網(wǎng)格 燈泡體 30 240 34 188 六面體網(wǎng)格 活動(dòng)導(dǎo)葉 5 528 362 1 071 163 四面體網(wǎng)格 轉(zhuǎn)輪 3 091 201 594 621 四面體網(wǎng)格 尾水管 162 355 168 388 六面體網(wǎng)格在非定常計(jì)算中,泥沙密度設(shè)為2 650 kg/m3,為均勻圓球顆粒,多相流模型采用非均相多相流模型,液相使用RNG k-ε湍流模型,固相使用離散相零方程模型[14-15]。相間傳輸采用Particle模型,動(dòng)量交換考慮拽力,并使用Schiller Naumann函數(shù)模型,不考慮升力、虛擬質(zhì)量力及壁面潤滑力的影響。非定常計(jì)算以定常計(jì)算為初始值,湍流耗散力采用法夫爾平均拖拽力(Favre Averaged Drag Force),系數(shù)取0.9,湍流輸送模型使用佐藤增強(qiáng)粘度(Sato Enhanced Viscosity)。進(jìn)口選擇質(zhì)量流量條件,出口為壓力出口條件。連續(xù)相設(shè)為無滑移壁面邊界,固相設(shè)置為自由滑移壁面邊界。壁面接觸模型選取體積分?jǐn)?shù)模型,動(dòng)靜轉(zhuǎn)子交界面采用凍結(jié)轉(zhuǎn)子(Frozen Rotor)。設(shè)定物理時(shí)間步長為1/ω,即轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)角速度的倒數(shù)。先進(jìn)行了定常計(jì)算,然后將此結(jié)果作為初始值,再進(jìn)行固液兩相流非定常計(jì)算,固液兩相計(jì)算的收斂精度為10-4。

【參考文獻(xiàn)】：
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博士論文
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本文編號：3098544