本文關(guān)鍵詞：混流式水輪機尾水管渦帶和壓力脈動數(shù)值計算分析，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：水輪機組運行的不穩(wěn)定性是一個嚴(yán)重又普遍的問題。引起水輪機振動的主要原因之一是尾水管渦帶引起的壓力脈動,因此,探索尾水管渦帶與壓力脈動的關(guān)系以及成因是當(dāng)今水輪機組振動研究的重點課題。目前,尾水管渦帶和壓力脈動的研究手段主要有數(shù)值模擬和試驗研究,考慮到經(jīng)濟(jì)成本和一些試驗條件的限制,利用數(shù)值模擬方法研究尾水管壓力脈動問題成為主流研究方法。本研究采用UG軟件對某混流式水輪機進(jìn)行三維幾何建模,利用ICEM CFD進(jìn)行網(wǎng)格劃分,在CFX軟件中選擇SST湍流模型對水輪機全流道內(nèi)部流動進(jìn)行定常和非定常流動計算,研究其尾水管渦帶流動特征、內(nèi)部流場流動的穩(wěn)定性。主要研究內(nèi)容和成果如下:(1)在最優(yōu)單位轉(zhuǎn)速值下,選取了四個典型的計算工況:小流量工況2個、最優(yōu)工況以及大流量工況。定常計算結(jié)果表明:在小流量工況下運行時,尾水管有螺旋狀的渦帶產(chǎn)生,開度越小,渦帶旋轉(zhuǎn)半徑越大,即渦帶偏心更嚴(yán)重;在最優(yōu)流量工況下,渦帶表現(xiàn)為細(xì)長的圓錐體;在大流量工況下,渦帶為柱狀渦。非定常計算結(jié)果表明:在小流量工況下,相對稱兩個監(jiān)測點存在相位差。渦帶的旋轉(zhuǎn)頻率為轉(zhuǎn)頻的0.333倍頻,壓力脈動主要分布在尾水管的進(jìn)口錐管段和彎肘管段,進(jìn)口段壓力脈動幅值比肘管段大;最優(yōu)工況下,對稱的兩個監(jiān)測點不存在相位差,渦帶旋轉(zhuǎn)頻率為轉(zhuǎn)頻的1倍頻;壓力脈動主要集中在靠近肘管段處的直管段;在大流量工況下,渦帶旋轉(zhuǎn)頻率為轉(zhuǎn)頻的0.22倍頻,壓力脈動由在錐管段集中往肘管段移動,肘管段壓力脈動較大。說明小流量工況運行不穩(wěn)定,發(fā)生振動嚴(yán)重。(2)在高單位轉(zhuǎn)速值下,選取了一個小流量工況作比較。定常計算結(jié)果表明:高單位轉(zhuǎn)速的情況下,渦帶在尾水管直錐段偏心很小,螺旋狀渦帶主要集中在肘管段,渦核的半徑比低單位轉(zhuǎn)速渦核的半徑更大一些。非定常計算結(jié)果表明:在高單位轉(zhuǎn)速時,渦帶的旋轉(zhuǎn)頻率為轉(zhuǎn)頻的0.44倍頻,和低單位轉(zhuǎn)速相比,旋轉(zhuǎn)頻率有所增加;壓力脈動主要集中在肘管段,主要為低頻的壓力脈動。本課題的研究,對水輪機的優(yōu)化設(shè)計具有指導(dǎo)作用。
【關(guān)鍵詞】：混流式水輪機 非定常流動 尾水管渦帶 壓力脈動
【學(xué)位授予單位】：西華大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TK733.1
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 緒論9-14
• 1.1 課題來源9
• 1.2 課題研究的背景及意義9-10
• 1.3 國內(nèi)外研究的發(fā)展現(xiàn)狀10-13
• 1.3.1 水輪機尾水管內(nèi)部流動的特征10-11
• 1.3.2 尾水管渦帶和壓力脈動的研究現(xiàn)狀11-13
• 1.4 本課題的主要研究內(nèi)容13
• 1.5 本章小結(jié)13-14
• 2 混流式水輪機三維湍流流場數(shù)值模擬方法14-20
• 2.1 引言14
• 2.2 控制方程14-16
• 2.2.1 湍流的基本方程14-15
• 2.2.2 湍流數(shù)值模擬方法15-16
• 2.3 ANSYA CFX中的湍流模型16-19
• 2.3.1 k-ε湍流模型16
• 2.3.2 RSM模型16-17
• 2.3.3 BSL k -w 模型17-18
• 2.3.4 SST模型18-19
• 2.4 本章小結(jié)19-20
• 3 水輪機全流道三維幾何建模及網(wǎng)格劃分20-26
• 3.1 水輪機基本參數(shù)20-21
• 3.2 水輪機全流道三維建模21-23
• 3.2.1 蝸殼的建模21-22
• 3.2.2 導(dǎo)水部分的建模22
• 3.2.3 轉(zhuǎn)輪部分的建模22
• 3.2.4 尾水管的建模22-23
• 3.3 網(wǎng)格劃分23-25
• 3.3.1 網(wǎng)格類型和劃分原則23-24
• 3.3.2 水輪機全流道網(wǎng)格劃分24-25
• 3.4 本章小結(jié)25-26
• 4 水輪機尾水管渦帶和壓力脈動數(shù)值模擬及結(jié)果分析26-62
• 4.1 CFD軟件的選擇26
• 4.2 邊界條件的確定26-27
• 4.2.1 進(jìn)口條件26
• 4.2.2 出口條件26
• 4.2.3 壁面邊界條件26-27
• 4.2.4 交界面27
• 4.3 求解條件設(shè)置27-28
• 4.4 尾水管渦帶數(shù)值模擬結(jié)果及分析28-45
• 4.4.1 定常計算結(jié)果分析28-34
• 4.4.2 非定常計算結(jié)果分析34-45
• 4.5 相同單位轉(zhuǎn)速下尾水管壓力脈動分析45-55
• 4.5.1 FFT變化45
• 4.5.2 工況A（n11=60r/min, Q11=0.123m~3/s）計算結(jié)果分析45-48
• 4.5.3 工況B（n11=60r/min, Q11=0.135m~3/s）計算結(jié)果分析48-50
• 4.5.4 工況C（n11=60r/min, Q11=0.19m~3/s）計算結(jié)果分析50-53
• 4.5.5 工況D（n11=60r/min, Q11=0.27m~3/s）計算結(jié)果分析53-55
• 4.6 不同單位轉(zhuǎn)速下非定常結(jié)果分析55-60
• 4.6.1 渦帶對比分析55-58
• 4.6.2 壓力脈動對比分析58-60
• 4.7 本章小結(jié)60-62
• 5 結(jié)論與展望62-64
• 5.1 結(jié)論62
• 5.2 展望62-64
• 參考文獻(xiàn)64-68
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況68-69
• 致謝69-70

【相似文獻(xiàn)】

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