發(fā)布時間：2017-08-01 13:00

  本文關(guān)鍵詞：混流式水輪機全流道湍流流場的數(shù)值模擬研究

  更多相關(guān)文章： 水輪機 定常和非定常湍流 大渦模擬 數(shù)值模擬

【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)難題有待解決。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。本文通過某電站的原型水輪機幾何尺寸參數(shù)在三維制圖軟件中進行水輪機全流道的建模。首先,采用RNGK-￡模型在不同工作水頭高度工況下對水輪機進行了多部件、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節(jié),分析比較了不同工況下水輪機內(nèi)部流動的特性,并且預估了水輪機的水力效率和空化性能,對產(chǎn)生空化的原因做了簡單的闡述。在定常湍流計算的基礎(chǔ)上,把它作為初始條件分別采用RNGκ-ε模型、大渦模擬(LES)模型和滑移網(wǎng)格技術(shù)對水輪機全流道進行三維非定常湍流數(shù)值模擬計算分析,得到了水輪機在不同工況、不同時刻下內(nèi)部流動情況,對水輪機的各個部件的壓力脈動進行了檢測和分析。通過以上的結(jié)果分析可知,水輪機內(nèi)部的流動是非常復雜、不穩(wěn)定的湍流運動,在水輪機的全流道中存在著撞擊脫流、橫流和回流等現(xiàn)象；在尾水管中存在偏心渦帶。這些都是對水輪機的水力效率、穩(wěn)定性和安全性會有重大的影響。本文分析的對象是水輪機的全流道,不是對單一的部件進行數(shù)值模擬分析的。這樣的分析結(jié)果會更加的接近真實的流動情況,因而能對水輪機的能量、空化特性做出更為準確的預估。RNG K-ε模型和大渦模擬(LES)模型都能夠較好的模擬水輪機內(nèi)部流動特性,但是在對尾水管內(nèi)壓力脈動的分析中,可知大渦模擬模型的計算結(jié)果更加的接近于真實流動情況。
【關(guān)鍵詞】：水輪機 定常和非定常湍流 大渦模擬 數(shù)值模擬
【學位授予單位】：昆明理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TV136.1
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第一章 緒論11-19
• 1.1 引言11-13
• 1.2 國內(nèi)外混流式水輪機的發(fā)展狀況及研究現(xiàn)狀13-16
• 1.3 本文的主要研究內(nèi)容16-19
• 第二章 混流式水輪機內(nèi)部流動數(shù)值計算方法19-49
• 2.1 計算流體動力學(CFD)概述19-26
• 2.1.1 CFD簡介19-21
• 2.1.2 CFD求解過程21-25
• 2.1.3 CFD軟件介紹25-26
• 2.2 數(shù)值模擬方法26-28
• 2.2.1 水輪機內(nèi)部流體流動控制方程26-28
• 2.2.1.1 質(zhì)量守恒方程26
• 2.2.1.2 動量守恒方程(Navier-Stokes方程)26-28
• 2.2.1.3 能量守恒方程28
• 2.3 湍流的數(shù)值模擬28-42
• 2.3.1 湍流流動特征28-29
• 2.3.2 湍流的基本方程29-30
• 2.3.3 CFD中的三維湍流模型30-41
• 2.3.3.1 標準κ-ε模型33-34
• 2.3.3.2 RNGκ-ε模型34-35
• 2.3.3.3 Realiza bleκ-ε模型35-36
• 2.3.3.4 大渦模擬(LES)36-41
• 2.3.4 近壁區(qū)內(nèi)的流動模型以及壁面函數(shù)法41-42
• 2.4 控制方程的離散和流場數(shù)值求解方法42-46
• 2.4.1 離散化方法42-43
• 2.4.2 離散化格式43-46
• 2.4.3 流場的數(shù)值求解方法46
• 2.5 邊界條件的確定46-48
• 2.5.1 流體進口邊界條件47
• 2.5.2 流體出口邊界條件47
• 2.5.3 壁面邊界條件47-48
• 2.6 初始條件的確定48
• 2.7 本章小結(jié)48-49
• 第三章 混流式水輪機幾何模型建立及網(wǎng)格劃分49-61
• 3.1 混流式水輪機三維實體模型的建立49-53
• 3.1.1 蝸殼和固定導葉的三維實體建模49-50
• 3.1.2 固定導葉和活動導葉的三維實體建模50-51
• 3.1.3 轉(zhuǎn)輪的三維實體建模51-52
• 3.1.4 尾水管的三維實體建模52-53
• 3.1.5 水輪機全流道三維實體建立53
• 3.2 網(wǎng)格技術(shù)53-56
• 3.2.1 結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格54
• 3.2.2 非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格54-55
• 3.2.3 滑移網(wǎng)格技術(shù)55-56
• 3.3 水輪機各個過流部件網(wǎng)格劃分56-60
• 3.4 本章小結(jié)60-61
• 第四章 混流式水輪機定常湍流數(shù)值模擬及性能分析61-89
• 4.1 引言61
• 4.2 水輪機計算域的處理和計算工況點的選取61-62
• 4.3 水輪機性能預估62-64
• 4.3.1 水輪機能量性能預估62-63
• 4.3.2 水輪機空化性能預估63-64
• 4.4 水輪機三維定常湍流計算結(jié)果及分析64-87
• 4.5 本章小結(jié)87-89
• 第五章 混流式水輪機非定常湍流數(shù)值模擬及性能分析89-107
• 5.1 引言89
• 5.2 水輪機計算域的處理和計算工況點的選取89-90
• 5.3 水輪機三維非定常湍流計算結(jié)果及分析90-104
• 5.4 本章小結(jié)104-107
• 第六章 結(jié)論與展望107-109
• 6.1 本文結(jié)論107-108
• 6.2 不足與展望108-109
• 致謝109-111
• 參考文獻111-117
• 附錄 攻讀碩士期間發(fā)表學術(shù)論文117

【參考文獻】

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中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前2條

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本文編號：604325