本文關(guān)鍵詞：HL638-WJ-84水輪機(jī)內(nèi)流分析及增容改造

  更多相關(guān)文章： 轉(zhuǎn)輪 增容改造 葉片數(shù) 切割葉片 數(shù)值模擬

【摘要】：通過(guò)更換新型轉(zhuǎn)輪來(lái)增容改造,預(yù)期性能和增容效果明確,是水輪機(jī)增容改造的首選方案。無(wú)新型轉(zhuǎn)輪可替代時(shí),對(duì)大型機(jī)組而言可以委托研發(fā)部門研發(fā)新型水力模型,而中小型機(jī)組受制于昂貴的研發(fā)成本只能選擇放棄。近年來(lái),CFD軟件的應(yīng)用日益普及,為預(yù)測(cè)水輪機(jī)性能提供了良好的數(shù)值模擬平臺(tái)。青海省唯哇水電站豐水季節(jié)存在大量棄水現(xiàn)象,1#機(jī)組水輪機(jī)額定出力遠(yuǎn)小于其發(fā)電機(jī)額定出力,水能資源和機(jī)組條件提供了增容改造的必要性和可能性,本文根據(jù)其HL638-WJ-84水輪機(jī)增容改造的需求,提出了減少葉片數(shù)且切割葉片出水邊來(lái)增加水輪機(jī)過(guò)流能力的改型方案,嘗試了用CFD數(shù)值模擬分析方法來(lái)預(yù)估改型效果,以期達(dá)到用CFD技術(shù)比較準(zhǔn)確地指導(dǎo)增容改造工作之目的。根據(jù)計(jì)算結(jié)果,在最優(yōu)工況下,改造后轉(zhuǎn)輪效率會(huì)降低1%,出力會(huì)增加139kW；在限制工況下,出力會(huì)提高362kW,說(shuō)明改造后轉(zhuǎn)輪出力比改造前會(huì)增加16.35%,可以達(dá)到很好的增容效果。據(jù)此方案增容改造,機(jī)組實(shí)際增容達(dá)23%。由于多種因素影響,水輪機(jī)最大出力CFD計(jì)算結(jié)果比實(shí)際改造結(jié)果偏小近7%,但這已表明用CFD模擬計(jì)算結(jié)果可以半定向指導(dǎo)中小型水輪機(jī)增容改造工作,當(dāng)然也表明還需進(jìn)一步研究提高模擬精度的方法。雖然無(wú)法得到水輪機(jī)全特性試驗(yàn)曲線,但對(duì)運(yùn)行于唯一單位轉(zhuǎn)速下的徑流式水電站而言,已能夠滿足實(shí)際增容工作需求。本文分別選取了水輪機(jī)四個(gè)典型工況點(diǎn)(小流量工況、最優(yōu)工況、限制工況和大流量工況),采用標(biāo)準(zhǔn)k-ε紊流模型以及SIMPLEC算法進(jìn)行數(shù)值模擬。計(jì)算表明：限制工況下改造前葉片進(jìn)水邊背面靠近上冠和上環(huán)處均存在局部高壓,葉片背面靠近出口處存在局部低壓,改造后進(jìn)口邊背面局部高壓消失但出口邊背面局部低壓面積有所增加,說(shuō)明改造后葉片背面出口處的空化增強(qiáng)空蝕性能有所下降；改造后水輪機(jī)最優(yōu)效率區(qū)向大流量區(qū)域偏移,改造后水輪機(jī)過(guò)流能力增大。
【關(guān)鍵詞】：轉(zhuǎn)輪 增容改造 葉片數(shù) 切割葉片 數(shù)值模擬
【學(xué)位授予單位】：蘭州理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TK730
【目錄】：

• 摘要7-8
• Abstract8-10
• 1 緒論10-16
• 1.1 國(guó)內(nèi)外混流式水輪機(jī)改型的現(xiàn)狀及發(fā)展10-11
• 1.2 水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪改型的必要性和可行性11-13
• 1.2.1 必要性分析11-12
• 1.2.2 可行性分析12-13
• 1.3 水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪改型的限制條件及新轉(zhuǎn)輪選擇原則13-14
• 1.4 本課題研究的主要內(nèi)容14-15
• 1.5 本課題的研究意義15-16
• 2 水輪機(jī)內(nèi)水流數(shù)學(xué)模型CFD基本理論16-33
• 2.1 計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)16-18
• 2.2 基于數(shù)值試驗(yàn)的水輪機(jī)改造的軟件平臺(tái)18-19
• 2.2.1 流場(chǎng)分析軟件--FLUENT18-19
• 2.2.2 ICEM-CFD網(wǎng)格劃分軟件19
• 2.3 混流式水輪機(jī)數(shù)值模擬的控制方程及離散方法19-21
• 2.3.1 水輪機(jī)內(nèi)部流動(dòng)的基本方程19-20
• 2.3.2 基于有限體積法的控制方程的離散20-21
• 2.4 混流式水輪機(jī)流場(chǎng)數(shù)值計(jì)算常用的湍流模型21-26
• 2.4.1 標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型22-23
• 2.4.2 RNG模型23-24
• 2.4.3 Realizable模型24-26
• 2.5 流場(chǎng)計(jì)算算法26-29
• 2.5.1 SIMPLE算法26-27
• 2.5.2 SIMPLER算法27-28
• 2.5.3 SIMPLEC算法28-29
• 2.6 水輪機(jī)全流道三維數(shù)值模擬的邊界條件29-32
• 2.6.1 入口邊界條件29-30
• 2.6.2 出口邊界條件30
• 2.6.3 壓力邊界條件30
• 2.6.4 固壁邊界條件30-31
• 2.6.5 耦合面條件31-32
• 2.7 本章總結(jié)32-33
• 3 幾何模型建立及網(wǎng)格劃分33-46
• 3.1 Pro/E軟件的簡(jiǎn)介33-34
• 3.2 混流式水輪機(jī)各個(gè)過(guò)流部件的幾何建模34-38
• 3.2.1 蝸殼導(dǎo)葉的幾何建模34-35
• 3.2.2 轉(zhuǎn)輪的幾何建模35-36
• 3.2.3 尾水管的幾何建模36-38
• 3.3 網(wǎng)格劃分38-42
• 3.3.1 網(wǎng)格分類38-42
• 3.3.2 網(wǎng)格質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)42
• 3.4 混流式水輪機(jī)各過(guò)流部件網(wǎng)格生成42-46
• 3.4.1 蝸殼導(dǎo)葉的網(wǎng)格劃分42-43
• 3.4.2 轉(zhuǎn)輪的網(wǎng)格劃分43-44
• 3.4.3 尾水管網(wǎng)格劃分44-46
• 4 改造前后的水輪機(jī)內(nèi)部流動(dòng)計(jì)算及性能分析46-67
• 4.1 水輪機(jī)增容改造方案46-49
• 4.1.1 原型水輪機(jī)主要技術(shù)參數(shù)46
• 4.1.2 混流式水輪機(jī)增容改造方案46-49
• 4.1.3 HL638-WJ-84水輪機(jī)流場(chǎng)計(jì)算工況點(diǎn)的選取49
• 4.2 改造前后轉(zhuǎn)輪葉片計(jì)算結(jié)果對(duì)比分析49-55
• 4.2.1 改造前后葉片工作面與背面的壓力分布49-52
• 4.2.2 改造前后葉片工作面與背面的速度分布52-55
• 4.3 改造前后蝸殼及導(dǎo)水機(jī)構(gòu)計(jì)算結(jié)果對(duì)比分析55-58
• 4.4 改造前后水輪機(jī)尾水管計(jì)算結(jié)果對(duì)比分析58-62
• 4.4.1 改造前后水輪機(jī)尾水管壓力分布及速度分布58-61
• 4.4.2 改造前后水輪機(jī)尾水管流線分布61-62
• 4.5 改造前后水輪機(jī)性能對(duì)比62-65
• 4.6 本章小結(jié)65-67
• 結(jié)論與展望67-69
• 一、結(jié)論67-68
• 二、不足與展望68-69
• 參考文獻(xiàn)69-73
• 致謝73-74
• 附錄A 攻讀學(xué)位期間所發(fā)表的學(xué)位論文目錄74

【相似文獻(xiàn)】

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