發(fā)布時間：2020-12-12 15:16

　　貫流式水輪機是開發(fā)海洋潮汐能重要的水力機械設備。隨著我國對清潔可再生能源開發(fā)的重視,人們越來越關注貫流式水輪機的性能優(yōu)化,使其能在更廣的工況下高效運行。在貫流式水輪機中,葉頂?shù)拈g隙泄漏流一直是影響轉(zhuǎn)輪內(nèi)部流態(tài)的重要因素,其形成的間隙泄漏渦會在葉片吸力面引發(fā)流動不穩(wěn)定性,由此所產(chǎn)生的空化也會導致葉片的磨損與振動。因此研究葉頂間隙泄漏流對貫流式水輪機內(nèi)部流場及其性能的影響至關重要。本文通過數(shù)值模擬的方法,研究了間隙泄漏流與間隙泄漏渦的諸多流動特性以及對貫流式水輪機內(nèi)部流動的影響,相關工作內(nèi)容如下:（1）在貫流式水輪機中,受到導水機構(gòu)尾流和葉片轉(zhuǎn)動的影響,葉頂?shù)拈g隙泄漏流與泄漏渦復雜多變,為了提高數(shù)值模擬的精度,本文采用基于旋轉(zhuǎn)與曲率修正的SST-CC（SSTk-ω model with Curvature Correction modeling）湍流模型,首先對單個翼型的間隙泄漏流場進行數(shù)值模擬,驗證了湍流模型的準確性。同時發(fā)現(xiàn),攻角的增大會對間隙泄漏渦與分離渦的產(chǎn)生位置、形態(tài)、間隙泄漏量、葉頂附近載荷和翼型升阻力等參數(shù)產(chǎn)生影響。針對大攻角下間隙泄漏流場的特殊情況,本文詳細分析了 12°大... 

【文章來源】：西安理工大學陜西省

【文章頁數(shù)】：73 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

CFD數(shù)值計算流程圖

西安理工大學碩士學位論文12阻力系數(shù)=122(3-2)升力系數(shù)=122(3-3)其中，和分別為翼型所受到的阻力與升力，為水的密度，這里取9973，V為計算域的進口流速，A=cb，為翼型弦長c與葉高b的乘積。本文采用塊結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格對計算域進行劃分。為了提高間隙附近流場的模擬精度，對間隙及附近的網(wǎng)格加密處理。同時為了減小網(wǎng)格數(shù)量對計算結(jié)果的影響，現(xiàn)從100萬到800萬分5組進行數(shù)值模擬的網(wǎng)格無關性驗證。選擇翼型的升阻力系數(shù)作為驗證的標準。如圖3-2所示，當網(wǎng)格數(shù)達到600萬時，升阻力曲線趨于平穩(wěn)，表明此時的網(wǎng)格數(shù)對計算的結(jié)果影響已經(jīng)很小，可以忽略。本文控制整個計算域的總網(wǎng)格數(shù)大約為697萬。網(wǎng)格示意圖見圖3-3。1002003004005006007008009000.0400.0410.0420.043網(wǎng)格數(shù)/（萬）DC1002003004005006007008009001.0401.0451.0501.0551.0601.0651.070LC網(wǎng)格數(shù)/（萬）(a)阻力系數(shù)(b)升力系數(shù)圖3-2網(wǎng)格無關性分析Fig3-2Gridindependentanalysis計算域的進口速度Vinlet=10m/s，同時監(jiān)測進口壓力，在計算過程中通過調(diào)整出口壓力使進口壓力保持在105Pa。翼型表面和壁面均采用無滑移條件。本文采用基于旋轉(zhuǎn)與曲率修正的SST-CC湍流模型進行數(shù)值計算。在計算過程中，收斂條件為最大殘差小于104。圖3-3翼型表面（左）及間隙附近（右）網(wǎng)格分布Fig3-3Griddistributiononthebladesurface(left)andnearthegap(right)

西安理工大學碩士學位論文143-5顯示了間隙值τ=1.5時，不同攻角下的間隙泄漏渦形態(tài)。間隙附近的渦結(jié)構(gòu)為Q=1106s-2時的等值面。從圖3-5中可以發(fā)現(xiàn)：隨著攻角的增大，間隙泄漏渦與間隙分離渦的形態(tài)均發(fā)生了不同的變化。間隙分離渦的發(fā)生位置越來越靠近翼型的頭部。在α=3°時，間隙泄漏渦幾乎緊貼著翼型的吸力面，而沒有分離渦的產(chǎn)生。隨著攻角的增大，間隙泄漏渦相對于吸力面的傾角增大，間隙分離渦變得越來越強烈。例如在α=5°時，分離渦在翼型的尾部融入到間隙泄漏渦中，隨著攻角加大，該過程逐漸提前。圖3-5τ=1.5，不同攻角下間隙泄漏渦形態(tài)（Q=1×106s-2）Fig.3-5τ=1.5,diagramoftipleakagevortexatdifferentanglesofattack（Q=1×106s-2）攻角的改變同樣會影響到間隙的泄漏量。沿著翼型的弦長，在葉頂與壁面之間做一個過流截面。取該截面的體積流量為間隙的泄漏量Qleak。取Qleak/Qinlet表示泄漏量的變化，其中Qinlet為進口流量。從圖3-6中可以發(fā)現(xiàn)，隨著攻角的增大，泄漏量基本呈線性增加。在10°攻角時，泄漏量大約是4.5%的進口流量。原因可能是攻角增大后，由于間隙泄漏渦和分離渦的強度增大，越來越多的流動被卷向吸力面，從而增加了間隙泄漏流。2345678910111.01.52.02.53.03.54.04.55.0%inletleakQQ圖3-6間隙泄漏量隨攻角變化Fig.3-6Clearanceleakagevarieswithangleofattack


本文編號：2912805