在飛逸發(fā)生時,水輪機的轉(zhuǎn)速達到此導葉開度下的最大值,通常大于150%的同步轉(zhuǎn)速。機組將承受非常大的附加質(zhì)量力,有可能造成機組結(jié)構(gòu)破壞。與此同時,轉(zhuǎn)輪中的流態(tài)變差,產(chǎn)生非常大振幅的不穩(wěn)定壓力脈動,會引起轉(zhuǎn)輪的疲勞破壞,影響轉(zhuǎn)輪的壽命。本文以典型的高水頭混流式模型水輪機Francis99為研究對象,針對數(shù)值模擬方法和飛逸工況流動特性兩方面進行了研究。主要結(jié)論如下:首先對Francis99三個特征工況進行了數(shù)值計算,將數(shù)值結(jié)果與實驗值進行了對比。計算采用了兩種常用的湍流模型（標準k-ε模型、k-ω SST模型）以及一種更高級的湍流模型（SAS-SST模型）。另外從節(jié)省計算資源的角度進行探索,應用TBR （Transient Blade Row）模型中的PT方法和FT方法對活動導葉和轉(zhuǎn)輪分別進行了單流道和雙流道非穩(wěn)態(tài)計算。從對水力效率、各監(jiān)測點壓力均值、尾水管截面速度以及壓力脈動頻域特性等結(jié)果的對比分析中可以看出,應用不同湍流模型進行計算,可從不同角度影響計算結(jié)果,但都得出相近于實驗數(shù)據(jù)的結(jié)果。采用不同湍流模型對計算結(jié)果有不同的影響,但都可以得到與實驗數(shù)據(jù)較為吻合的結(jié)果。采用FT方法可以得到與... 

【文章來源】：西安理工大學陜西省

【文章頁數(shù)】：69 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

Francis99模型組合示意圖

（a）輪轂面 （c）短葉片圖 2-3 轉(zhuǎn)輪網(wǎng)格示意圖Fig. 2-3 Schematic diagram of runner grid對活動導葉則采用上述方案一進行計算域離散化。如圖 2-4 所示為活動導葉立面圖及側(cè)面圖，由圖可知，F(xiàn)rancis99 模型活動導葉采用大偏心軸，且上下帶有肥軸耳。這樣的結(jié)構(gòu)對塊結(jié)構(gòu)畫網(wǎng)格劃分帶來問題，如單個活動導葉的周期面處理。如為常規(guī)圓柱葉片，網(wǎng)格劃分時的輔助周期面為一立面，其與上下蓋板均垂直。此處，由于肥軸耳結(jié)構(gòu)的影響，活動導葉過流通道在軸向不均勻分布，而是由上下蓋板沿軸線向中截面增加的，如圖 2-4 所示。這樣，如果輔助周期面仍為立面，則網(wǎng)格分布在不同高度上會產(chǎn)生較大差異，如等節(jié)點條件下，靠近上下蓋板處的網(wǎng)格分布將會非常密集，而中截面處的卻又過于稀疏。為克服網(wǎng)格分布不均對計算結(jié)果的影響，在單流道的導葉劃分過程中作了兩個周向?qū)ΨQ的輔助曲面，這個曲面與過流通道在軸向上的變化趨勢基本一致，呈凹陷狀。如圖 2-5 所示為采用曲面形式的周期面的導葉網(wǎng)格及在不同葉高處的網(wǎng)格平面圖，圖中點 A 和點 B 不直接相接而呈曲面形式，因而在導葉徑向網(wǎng)格數(shù)目一定的條件下，葉片兩側(cè)的網(wǎng)格分布更加合理。

圖 2-3 轉(zhuǎn)輪網(wǎng)格示意圖Fig. 2-3 Schematic diagram of runner grid對活動導葉則采用上述方案一進行計算域離散化。如圖 2-4 所示為活動導葉立面圖，由圖可知，F(xiàn)rancis99 模型活動導葉采用大偏心軸，且上下帶有肥軸耳。這樣的結(jié)結(jié)構(gòu)畫網(wǎng)格劃分帶來問題，如單個活動導葉的周期面處理。如為常規(guī)圓柱葉片，網(wǎng)的輔助周期面為一立面，其與上下蓋板均垂直。此處，由于肥軸耳結(jié)構(gòu)的影響，活流通道在軸向不均勻分布，而是由上下蓋板沿軸線向中截面增加的，如圖 2-4 所示如果輔助周期面仍為立面，則網(wǎng)格分布在不同高度上會產(chǎn)生較大差異，如等節(jié)點條件上下蓋板處的網(wǎng)格分布將會非常密集，而中截面處的卻又過于稀疏。為克服網(wǎng)格分計算結(jié)果的影響，在單流道的導葉劃分過程中作了兩個周向?qū)ΨQ的輔助曲面，這個流通道在軸向上的變化趨勢基本一致，呈凹陷狀。如圖 2-5 所示為采用曲面形式的導葉網(wǎng)格及在不同葉高處的網(wǎng)格平面圖，圖中點 A 和點 B 不直接相接而呈曲面形在導葉徑向網(wǎng)格數(shù)目一定的條件下，葉片兩側(cè)的網(wǎng)格分布更加合理。

【參考文獻】：
期刊論文
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碩士論文
[1]水輪機組飛逸保護及退出飛逸過渡過程的研究[D]. 張健.中國農(nóng)業(yè)大學 2001



本文編號：3106886