【摘要】：混流式水輪機是重要的水力發(fā)電設備,其復雜多變的內部流態(tài)是造成機組振動的原因之一,而尾水管作為水輪機的出水部件,管內流態(tài)的平穩(wěn)對于機組安全正常運行有著積極的影響。本文采用SST湍流模型對某混流式模型水輪機進行了全流道三維定常與非定常模擬。針對尾水管中的復雜流態(tài),本文提出了三種改善措施,分別是泄水錐軸向加長、主軸中心孔補水、彎肘段安裝導流板。為了研究三種改善措施在不同的水輪機運行工況起到的尾水管流態(tài)改善效果,本文選擇了最優(yōu)工況點,小流量工況點,大流量工況點,部分負荷工況點與高水頭工況點等作為計算工況點,并且依據(jù)泄水錐的加長長度、主軸中心孔補水的補水量、彎肘段有無安裝導流板,設定了不同的計算方案。根據(jù)選擇的工況與設定的方案,利用CFD模擬方法對各種方案進行了數(shù)值計算,分析了不同的改善措施在不同工況下尾水管流線的平穩(wěn)程度,尾水管渦流粘度的強弱,尾水管各個監(jiān)測點壓力脈動幅值與頻率的變化以及每個工況下采用不同尾水管改善措施后水輪機效率變化的情況。數(shù)值計算表明:(1)泄水錐加長在最優(yōu)工況與高水頭工況下對尾水管流態(tài)影響不是特別明顯,只對尾水管局部流體起到微弱改善效果;在部分負荷工況與小流量工況下,泄水錐加長可以改善尾水管流態(tài),有效地降低了直錐段和彎肘段由偏心渦帶引起的壓力脈動幅值,從而對機組減振有了積極的影響;根據(jù)各監(jiān)測點的壓力脈動減小的幅度來說,該水輪機將泄水錐加長至與轉輪下環(huán)齊平的位置效果最佳。(2)主軸中心孔補水在考慮補水量引起的容積損失時,在最優(yōu)工況下隨補水量的增加水輪機效率近似呈線性規(guī)律下降,說明過多的補水量會減小機組的出力。經分析尾水管在不同補水量下的橫截面壓力、各監(jiān)測面的渦流粘度、尾水管空腔渦帶,得出在不同的工況合理補水量也不相同,很多工況的合理補水量都要超過2.0%Q,補水量太小起不到補水效果,補水量太大會影響機組效率,總體而言當補水量Qad=2.0%Q時達到補水效果。從最優(yōu)工況與部分負荷工況的未補水與補水Qad=2.0%Q兩方案非定常計算結果中,也發(fā)現(xiàn)當補水量Qad=2.0%Q時部分負荷工況下的尾水管各個監(jiān)測點壓力脈動幅值都有不同程度的降低,而在最優(yōu)工況時壓力脈動變化幅度不明顯。(3)部分負荷工況下尾水管彎肘段安裝導流板后對彎肘段與擴散段的水流有穩(wěn)流效果,對直錐段的渦帶有微小的減弱作用,水輪機的效率變化不是很明顯,不會影響正常的機組出力。綜上,三種改善措施都對尾水管的局部流態(tài)起到改善效果;當機組在部分負荷工況運行時,可以采取加長泄水錐,彎肘段安裝導流板以及選用合理的補水量進行主軸中心孔補水都可以改善尾水管流態(tài),降低壓力脈動幅值,這對機組的穩(wěn)定性有著重要意義。
【學位授予單位】：西安理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TK733.1
【圖文】：

圖 2-1 蝸殼模型 圖 2-2 蝸殼網格單元圖Fig.2-1 spiral model Fig.2-2 spiral grid diagram水流在蝸殼內不僅圍繞蝸殼作圓周運動，還向著水輪機軸心作徑向運動，使得水且軸對稱的進入導葉流道內，導葉均布在蝸殼與轉輪之間的環(huán)形空間中，當導葉圍的中軸線旋轉一定的角度時，意味著導葉開度發(fā)生了相應變化，從而改變了水輪機和出力。計算不同的工況得選擇不同的導葉開度，圖 2-3 與 2-4 分別是導葉模型（定導葉與活動導葉）與網格單元圖。圖 2-3 導葉模型 圖 2-4 導葉網格單元圖Fig.2-3 guide vane model Fig.2-4 guide vane grid diagram水流通過導葉機構獲得必要的水流方向和速度后進入轉輪，水流進入轉輪后，

圖 2-1 蝸殼模型 圖 2-2 蝸殼網格單元圖Fig.2-1 spiral model Fig.2-2 spiral grid diagram水流在蝸殼內不僅圍繞蝸殼作圓周運動，還向著水輪機軸心作徑向運動，使得水且軸對稱的進入導葉流道內，導葉均布在蝸殼與轉輪之間的環(huán)形空間中，當導葉圍的中軸線旋轉一定的角度時，意味著導葉開度發(fā)生了相應變化，從而改變了水輪機和出力。計算不同的工況得選擇不同的導葉開度，圖 2-3 與 2-4 分別是導葉模型（定導葉與活動導葉）與網格單元圖。圖 2-3 導葉模型 圖 2-4 導葉網格單元圖Fig.2-3 guide vane model Fig.2-4 guide vane grid diagram水流通過導葉機構獲得必要的水流方向和速度后進入轉輪，水流進入轉輪后，

機的運行過程，圖 2-1 為蝸殼的幾何模型。依據(jù)建好的幾何模型進行網格計劃，完整的蝸殼網格單元圖。圖 2-1 蝸殼模型 圖 2-2 蝸殼網格單元圖Fig.2-1 spiral model Fig.2-2 spiral grid diagram水流在蝸殼內不僅圍繞蝸殼作圓周運動，還向著水輪機軸心作徑向運動，使得水且軸對稱的進入導葉流道內，導葉均布在蝸殼與轉輪之間的環(huán)形空間中，當導葉圍的中軸線旋轉一定的角度時，意味著導葉開度發(fā)生了相應變化，從而改變了水輪機和出力。計算不同的工況得選擇不同的導葉開度，圖 2-3 與 2-4 分別是導葉模型（定導葉與活動導葉）與網格單元圖。

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本文編號：2770505