為研究上冠空腔結(jié)構(gòu)對(duì)混流式水輪機(jī)水力性能與結(jié)構(gòu)特性的影響,建立了不含上冠空腔結(jié)構(gòu)（No Upper Crown Cavity Structure,NUCCS）和含上冠空腔結(jié)構(gòu)（Upper Crown Cavity Structure,UCCS）的兩種混流式水輪機(jī)全流道幾何模型,基于SST湍流模型、順序耦合法、預(yù)應(yīng)力模態(tài)分析,對(duì)NUCCS與UCCS的兩種混流式水輪機(jī)展開(kāi)數(shù)值模擬和單向瞬態(tài)流固耦合計(jì)算,發(fā)現(xiàn)泄水錐處上冠空腔結(jié)構(gòu)可減少轉(zhuǎn)輪內(nèi)部二次流動(dòng)損失。在0.8Qd、Qd和1.2Qd的3種流量工況點(diǎn),分別對(duì)混流式水輪機(jī)展開(kāi)瞬態(tài)流固耦合計(jì)算,對(duì)比研究轉(zhuǎn)輪結(jié)構(gòu)的應(yīng)力應(yīng)變特性。研究發(fā)現(xiàn)含UCCS時(shí),轉(zhuǎn)輪等效應(yīng)力和變形量均有減小。在小流量0.8Qd工況點(diǎn),轉(zhuǎn)輪結(jié)構(gòu)等效應(yīng)力及應(yīng)變較小,其最大變形點(diǎn)位于下環(huán)附近。在設(shè)計(jì)流量Qd和大流量1.2Qd工況點(diǎn),轉(zhuǎn)輪等效應(yīng)力及應(yīng)變較大,其最大變形點(diǎn)位于上冠附近。在NUCCS與UCCS的轉(zhuǎn)輪進(jìn)行預(yù)應(yīng)力模態(tài)分析時(shí),發(fā)現(xiàn)上冠空腔結(jié)構(gòu)對(duì)轉(zhuǎn)輪的模態(tài)影響很小。本文研究?jī)?nèi)容可為提升混流式水輪機(jī)設(shè)計(jì)水平提供一定參考依據(jù)。 

【文章來(lái)源】：水利學(xué)報(bào). 2020,51(11)北大核心EICSCD

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全流道計(jì)算模型

圖1 全流道計(jì)算模型對(duì)蝸殼、固定導(dǎo)葉、活動(dòng)導(dǎo)葉、轉(zhuǎn)輪、尾水管、密封間隙、上冠空腔和減壓孔均采用了六面體結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格進(jìn)行劃分，各部分交界面網(wǎng)格匹配度達(dá)到1∶1.5以內(nèi)，因上冠間隙域網(wǎng)格尺寸較小，上冠間隙入口處附近的主流域?yàn)榛顒?dòng)導(dǎo)葉域，而活動(dòng)導(dǎo)葉域網(wǎng)格尺寸較大，為了減小因?yàn)榫W(wǎng)格突變而引起的計(jì)算誤差[7]，活動(dòng)導(dǎo)葉與間隙入口的交界面附近網(wǎng)格采用逐漸緩慢過(guò)渡，網(wǎng)格尺寸漸漸由大到小的劃分形式，圖3為間隙流道附近活動(dòng)導(dǎo)葉的網(wǎng)格。

采用理查德森外推法進(jìn)行網(wǎng)格無(wú)關(guān)性驗(yàn)證，設(shè)置3組不同網(wǎng)格數(shù)（348×104,460×104,600×104）的網(wǎng)格方案，關(guān)注水輪機(jī)的效率與水頭隨網(wǎng)格數(shù)的變化情況，具體過(guò)程參照文獻(xiàn)[18]。當(dāng)計(jì)算得到的效率與水頭的外推相對(duì)誤差小于4%，最終網(wǎng)格方案包括600×104網(wǎng)格數(shù)，各計(jì)算區(qū)域的網(wǎng)格數(shù)為：蝸殼域22×104、固定導(dǎo)葉域79×104、活動(dòng)導(dǎo)葉域121×104、轉(zhuǎn)輪域204×104、尾水管域80×104、上冠間隙和減壓孔及上冠空腔域共94×104。在葉片和上冠間隙流道處，控制近壁面y+的分布在300以內(nèi)，其中轉(zhuǎn)輪葉片的y+分布在30以內(nèi)，如圖4所示。圖4 葉片和上冠間隙流道處壁面上y+分布

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
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本文編號(hào)：3492228