本文關(guān)鍵詞：混流式水輪機(jī)全流道內(nèi)部三維流場(chǎng)數(shù)值模擬，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】： 水輪機(jī)作為水電站的核心部件,對(duì)水電站的整體性能起著決定性的作用,水輪機(jī)技術(shù)的研究一直伴隨著水電的開(kāi)發(fā)在不斷地發(fā)展。但是,國(guó)內(nèi)外的不少水電站也因一些尚未解決的技術(shù)問(wèn)題導(dǎo)致機(jī)組出現(xiàn)異常甚至過(guò)流部件的損壞,因此,還是存在著困擾水輪機(jī)安全高效穩(wěn)定運(yùn)行的一些技術(shù)難題亟待解決。另外,隨著機(jī)組容量和尺寸的逐步增大,水輪機(jī)比轉(zhuǎn)速不斷提高,人們對(duì)于混流式水輪機(jī)的運(yùn)行穩(wěn)定性日益重視,這使得進(jìn)行水輪機(jī)內(nèi)部流場(chǎng)的模擬解析十分必要�？傊�,開(kāi)展水輪機(jī)過(guò)流部件內(nèi)部的定常及非定常流動(dòng)分析對(duì)于深入了解水輪機(jī)振動(dòng)的內(nèi)在機(jī)理、改善水輪機(jī)的綜合水力性能、提高水輪發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行穩(wěn)定性具有十分重要的意義。 CFD技術(shù)以其特有的靈活性和周期短、花費(fèi)小的多方面優(yōu)勢(shì)為研究者提供了一個(gè)新的有效研究手段。水力機(jī)械內(nèi)部流場(chǎng)的CFD數(shù)值模擬是研究混流式水輪機(jī)性能指標(biāo)的重要工具,它可以通過(guò)對(duì)水輪機(jī)各過(guò)流部件內(nèi)部流動(dòng)穩(wěn)定場(chǎng)及非穩(wěn)定場(chǎng)的詳細(xì)模擬,了解過(guò)流部件內(nèi)部的綜合特性,為研究水輪機(jī)水力性能及穩(wěn)定性提供理論基礎(chǔ)。合理地使用水輪機(jī)內(nèi)部湍流流動(dòng)的數(shù)學(xué)模型和計(jì)算技術(shù),進(jìn)行水輪機(jī)全流道的流動(dòng)模擬計(jì)算研究是可行的研究方法,也是水輪機(jī)流動(dòng)計(jì)算研究的發(fā)展方向。水輪機(jī)單流道或單個(gè)過(guò)流部件的CFD模擬計(jì)算由于沒(méi)有考慮各過(guò)流部件之間的耦合干涉,其預(yù)測(cè)結(jié)果也存在較大偏差,所以,非常有必要進(jìn)行全流道的各過(guò)流部件耦合計(jì)算來(lái)預(yù)測(cè)水輪機(jī)的整體特性和內(nèi)部流場(chǎng)特征。 本文結(jié)合某水電站的原型混流式水輪機(jī)幾何參數(shù)來(lái)建立此水輪機(jī)的全流道幾何物理模型。基于三維時(shí)均N-S方程對(duì)水輪機(jī)內(nèi)部流動(dòng)及特性進(jìn)行三維數(shù)值模擬分析,首先采用標(biāo)準(zhǔn)κ-ε模型在不同導(dǎo)葉開(kāi)度工況下對(duì)水輪機(jī)進(jìn)行了多部件、動(dòng)靜耦合的定常湍流計(jì)算,獲得了各工況下各過(guò)流部件內(nèi)及動(dòng)靜部件間的流動(dòng)細(xì)節(jié),并預(yù)測(cè)了水輪機(jī)的能量和空化性能。在定常湍流計(jì)算的基礎(chǔ)上,以其作為初始條件應(yīng)用RNGκ-ε模型和滑移網(wǎng)格技術(shù)進(jìn)行了水輪機(jī)動(dòng)靜干擾的非定常湍流數(shù)值模擬,得到的計(jì)算結(jié)果更接近實(shí)際流場(chǎng)的分布。對(duì)大渦模擬(LES)方法本文也進(jìn)行了探索和嘗試。計(jì)算結(jié)果表明水輪機(jī)中的水流處于復(fù)雜的湍流運(yùn)動(dòng)狀態(tài),轉(zhuǎn)輪流道內(nèi)夾雜著橫向流動(dòng)、脫流和回流等二次流動(dòng)現(xiàn)象,整個(gè)流道內(nèi)充滿(mǎn)著各種渦旋,包括葉道渦、卡門(mén)渦、尾水管渦帶等,對(duì)水輪機(jī)的效率和穩(wěn)定性產(chǎn)生著巨大的影響。與單個(gè)過(guò)流部件的流動(dòng)模擬相比,整體解析的邊界條件更容易給定,只需指定蝸殼進(jìn)口和尾水管出口的邊界條件即可,計(jì)算結(jié)果跟實(shí)際情況更接近,因而能對(duì)水輪機(jī)的能量、空化特性做出更為準(zhǔn)確的預(yù)估。
【關(guān)鍵詞】：混流式水輪機(jī) 湍流 CFD 數(shù)值模擬
【學(xué)位授予單位】：昆明理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2007
【分類(lèi)號(hào)】：TK733.1
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-10
• 第一章 緒論10-27
• 1.1 引言10-11
• 1.2 計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(CFD)簡(jiǎn)介11-19
• 1.2.1 CFD的特點(diǎn)11-12
• 1.2.2 CFD的優(yōu)勢(shì)12-13
• 1.2.3 CFD的工作步驟13-14
• 1.2.4 CFD的研究進(jìn)展14-18
• 1.2.5 CFD通用軟件介紹18-19
• 1.3 葉輪機(jī)械內(nèi)部流動(dòng)數(shù)值模擬簡(jiǎn)介19-25
• 1.3.1 基本方程及流動(dòng)分析20-23
• 1.3.2 湍流模型及選擇23-24
• 1.3.3 水輪機(jī)流動(dòng)數(shù)值模擬進(jìn)展24-25
• 1.4 本論文的研究?jī)?nèi)容及主要工作25-27
• 第二章 流動(dòng)描述及其數(shù)值模擬27-60
• 2.1 旋轉(zhuǎn)葉輪中通用流動(dòng)控制方程27-30
• 2.1.1 連續(xù)性方程27-28
• 2.1.2 動(dòng)量守恒方程28-29
• 2.1.3 控制方程的通用形式29-30
• 2.2 湍流的數(shù)值模擬30-44
• 2.2.1 湍流的基本方程30-31
• 2.2.2 CFD中的三維湍流模型31-41
• 2.2.2.1 標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型32-34
• 2.2.2.2 RNG k-ε模型34-36
• 2.2.2.3 大渦模擬(LES)36-41
• 2.2.3 近壁湍流模擬的壁面函數(shù)法41-44
• 2.2.3.1 動(dòng)量方程中變量u的計(jì)算式42-43
• 2.2.3.2 湍動(dòng)能方程與耗散率方程中k和ε的計(jì)算式43-44
• 2.3 基于有限體積法的控制方程離散及求解44-55
• 2.3.1 有限體積法的基本思想44-48
• 2.3.2 基于FVM的流體力學(xué)方程離散方法48-51
• 2.3.3 基于FVM的流場(chǎng)求解方法51-55
• 2.4 可動(dòng)區(qū)域中流動(dòng)問(wèn)題的模擬55-60
• 2.4.1 旋轉(zhuǎn)參考坐標(biāo)系中的流動(dòng)表述56-57
• 2.4.2 滑移網(wǎng)格技術(shù)簡(jiǎn)介57-60
• 第三章 水輪機(jī)物理模型及網(wǎng)格生成60-68
• 3.1 水輪機(jī)三維流道實(shí)體模型的建立60-63
• 3.2 三維網(wǎng)格生成63-66
• 3.2.1 網(wǎng)格類(lèi)型及單元的分類(lèi)63-65
• 3.2.2 非一致網(wǎng)格技術(shù)65
• 3.2.3 網(wǎng)格劃分65-66
• 3.3 設(shè)定區(qū)域類(lèi)型66-68
• 第四章 混流式水輪機(jī)全流道定常湍流計(jì)算及性能預(yù)估68-93
• 4.1 定常流動(dòng)微分方程的有限體積法離散68-69
• 4.2 計(jì)算邊界條件設(shè)置69-70
• 4.2.1 水輪機(jī)全流道的三維湍流計(jì)算的邊界條件69-70
• 4.2.2 固壁表面流動(dòng)條件的給定70
• 4.3 水輪機(jī)性能預(yù)估70-72
• 4.3.1 能量性能預(yù)估模型71
• 4.3.2 空化性能預(yù)估模型71-72
• 4.4 計(jì)算結(jié)果及分析72-92
• 4.4.1 原型水輪機(jī)的計(jì)算和性能預(yù)估結(jié)果72-74
• 4.4.2 原型水輪機(jī)三維定常湍流計(jì)算的結(jié)果和分析74-92
• 4.5 本章小結(jié)92-93
• 第五章 混流式水輪機(jī)非定常湍流數(shù)值模擬93-108
• 5.1 非定常流動(dòng)微分方程的有限體積法離散93-95
• 5.2 混流式水輪機(jī)中三維非定常湍流計(jì)算方法95-97
• 5.2.1 水輪機(jī)流動(dòng)分析技術(shù)的進(jìn)展95
• 5.2.2 水輪機(jī)中三維非定常湍流計(jì)算95-96
• 5.2.3 水輪機(jī)中動(dòng)靜干擾流動(dòng)的計(jì)算方法96-97
• 5.3 計(jì)算邊界條件的給定97
• 5.4 原型水輪機(jī)的非定常湍流計(jì)算結(jié)果及分析97-103
• 5.4 混流式水輪機(jī)內(nèi)的渦旋研究103-107
• 5.4.1 影響混流式水輪機(jī)穩(wěn)定性的主要因素103-104
• 5.4.2 混流式水輪機(jī)尾水管渦帶的特性104
• 5.4.3 混流式水輪機(jī)葉道渦的特性104-105
• 5.4.4 混流式水輪機(jī)卡門(mén)渦的特性105-106
• 5.4.5 混流式水輪機(jī)中渦旋產(chǎn)生的動(dòng)力學(xué)原因106-107
• 5.5 本章小結(jié)107-108
• 第六章 結(jié)論與展望108-110
• 6.1 本文結(jié)論108-109
• 6.2 展望109-110
• 致謝110-111
• 參考文獻(xiàn)111-115
• 附錄A (攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表論文)115-116
• 附錄B (大渦模擬下的流場(chǎng))116-118

【引證文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 李繼棟;曾永忠;劉小兵;歐順冰;;低比速水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪副葉片對(duì)水力性能的影響[J];水電能源科學(xué);2012年06期

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 宋兵偉;混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪上冠間隙流誘發(fā)的軸系不穩(wěn)定性研究[D];大連理工大學(xué);2010年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前5條

1 王超;長(zhǎng)短葉片混流式水輪機(jī)數(shù)值模擬及壓力脈動(dòng)分析[D];昆明理工大學(xué);2010年

2 李明;水輪機(jī)筒閥動(dòng)水關(guān)閉過(guò)程的三維非定常數(shù)值模擬[D];天津大學(xué);2011年

3 王宏偉;長(zhǎng)短葉片混流式水輪機(jī)的數(shù)值模擬與性能分析[D];西華大學(xué);2010年

4 李繼棟;低比速水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪短葉片對(duì)水力性能影響的研究[D];西華大學(xué);2012年

5 李夢(mèng);車(chē)身外部擾流器對(duì)汽車(chē)氣動(dòng)特性的影響研究[D];吉林大學(xué);2013年

  本文關(guān)鍵詞：混流式水輪機(jī)全流道內(nèi)部三維流場(chǎng)數(shù)值模擬，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：253358