由于水輪機(jī)模式液力透平級(jí)間導(dǎo)葉水頭損失占比高達(dá)40%,需要對(duì)液力透平級(jí)間導(dǎo)葉進(jìn)行研究。在可選的級(jí)間導(dǎo)葉中,流道式導(dǎo)葉正反導(dǎo)葉連為一體,流道相對(duì)獨(dú)立,是一種水力性能較好的級(jí)間導(dǎo)葉。本文基于水力原動(dòng)機(jī)理論,將水流環(huán)量概念貫穿液力透平流道設(shè)計(jì)全過(guò)程,設(shè)計(jì)了與水輪機(jī)模式液力透平轉(zhuǎn)輪相匹配的流道式級(jí)間導(dǎo)葉,并采用正交試驗(yàn)的優(yōu)化算法,對(duì)水頭影響較大的因素,包括導(dǎo)葉包角φ、正導(dǎo)葉出口角α₃、反導(dǎo)葉寬度b₅、流道外壁最大直徑D₄,各取4個(gè)水平進(jìn)行正交試驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)。通過(guò)CFD數(shù)值計(jì)算,分析各個(gè)方案的性能,找出了各因素對(duì)導(dǎo)葉性能的影響規(guī)律,在此基礎(chǔ)上獲得了效率較高的導(dǎo)葉模型,并研究了水力性能、葉片表面壓力分布及葉片內(nèi)部流動(dòng)規(guī)律。研究表明:各個(gè)參數(shù)對(duì)效率的影響力中,b₅最大,D₄最小;對(duì)水頭的影響力中,b₅最大,φ最小。優(yōu)化后的模型在設(shè)計(jì)工況點(diǎn)效率提高了5.83%,應(yīng)用水頭提高了7.15%,級(jí)間導(dǎo)葉損失降低了1.16%,導(dǎo)葉表面壓力過(guò)渡更加均勻,葉片內(nèi)部水流流態(tài)更加平穩(wěn),滿足... 

【文章來(lái)源】：水力發(fā)電學(xué)報(bào). 2020,39(11)北大核心CSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：9 頁(yè)

【部分圖文】：

計(jì)算域網(wǎng)格劃分無(wú)關(guān)性驗(yàn)證Fig.2Gridindependenceverification

114水力發(fā)電學(xué)報(bào)反導(dǎo)葉進(jìn)口寬度5b=75mm，中間過(guò)渡段寬度7b=45mm，正導(dǎo)葉出口角3=15°，反導(dǎo)葉進(jìn)口角5=90°，葉片數(shù)為6。設(shè)計(jì)出的低比轉(zhuǎn)速水輪機(jī)模式液力透平流道式導(dǎo)葉及相匹配的各個(gè)過(guò)流部件如圖1所示。（a）流道式導(dǎo)葉模型圖（b）液力透平整體裝配圖圖1各過(guò)流部件三維造型圖Fig.1Three-dimensionalmodelingdiagramofflow-passingparts2網(wǎng)格劃分與數(shù)值模擬計(jì)算本研究中主要采用非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格中八叉樹的方法對(duì)液力透平三維模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，其方法是：把一個(gè)較粗的立方體網(wǎng)格覆蓋包含物體的整個(gè)計(jì)算域，并且按照網(wǎng)格尺度的精度要求對(duì)立方體進(jìn)行細(xì)分，讓其符合之前設(shè)置的疏密要求的立方體覆蓋整個(gè)流場(chǎng)，最后再把立方體切割成四面體單元。因非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格中節(jié)點(diǎn)以及單元的分布控制性好，故該方法可使網(wǎng)格生成速度快、易于自適應(yīng)，可以方便地與實(shí)體造型技術(shù)相結(jié)合。同時(shí)，讓每部分的網(wǎng)格質(zhì)量在0.3以上，透平機(jī)組網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)總數(shù)在550萬(wàn)以上，這樣保證了網(wǎng)格數(shù)量對(duì)計(jì)算結(jié)果影響較小，確保了數(shù)值模擬的精確性。圖2為網(wǎng)格劃分無(wú)關(guān)性驗(yàn)證圖，劃分結(jié)果如圖3所示。在劃分好的網(wǎng)格中，對(duì)流體微元列質(zhì)量守恒方程，動(dòng)量守恒方程和能量守恒方程。然后把控制方程在網(wǎng)格上用有限體積法進(jìn)行計(jì)算域離散處理，以標(biāo)準(zhǔn)的k湍流模型作為流場(chǎng)模型。在設(shè)置邊界條件時(shí)，進(jìn)口條件為速度進(jìn)口，出口邊界條件為壓力出口（P=0Pa）,固壁處邊界條件設(shè)為無(wú)滑移邊界，動(dòng)靜交界面設(shè)為動(dòng)靜耦合面。圖2計(jì)算域網(wǎng)格劃分無(wú)關(guān)性驗(yàn)證Fig.2Gridindependenceverification（a）流道式導(dǎo)葉網(wǎng)格圖（b）整體網(wǎng)格裝配圖圖3過(guò)流部件網(wǎng)格劃分圖Fig.3Gridsofflowingpa

114水力發(fā)電學(xué)報(bào)反導(dǎo)葉進(jìn)口寬度5b=75mm，中間過(guò)渡段寬度7b=45mm，正導(dǎo)葉出口角3=15°，反導(dǎo)葉進(jìn)口角5=90°，葉片數(shù)為6。設(shè)計(jì)出的低比轉(zhuǎn)速水輪機(jī)模式液力透平流道式導(dǎo)葉及相匹配的各個(gè)過(guò)流部件如圖1所示。（a）流道式導(dǎo)葉模型圖（b）液力透平整體裝配圖圖1各過(guò)流部件三維造型圖Fig.1Three-dimensionalmodelingdiagramofflow-passingparts2網(wǎng)格劃分與數(shù)值模擬計(jì)算本研究中主要采用非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格中八叉樹的方法對(duì)液力透平三維模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，其方法是：把一個(gè)較粗的立方體網(wǎng)格覆蓋包含物體的整個(gè)計(jì)算域，并且按照網(wǎng)格尺度的精度要求對(duì)立方體進(jìn)行細(xì)分，讓其符合之前設(shè)置的疏密要求的立方體覆蓋整個(gè)流場(chǎng)，最后再把立方體切割成四面體單元。因非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格中節(jié)點(diǎn)以及單元的分布控制性好，故該方法可使網(wǎng)格生成速度快、易于自適應(yīng)，可以方便地與實(shí)體造型技術(shù)相結(jié)合。同時(shí)，讓每部分的網(wǎng)格質(zhì)量在0.3以上，透平機(jī)組網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)總數(shù)在550萬(wàn)以上，這樣保證了網(wǎng)格數(shù)量對(duì)計(jì)算結(jié)果影響較小，確保了數(shù)值模擬的精確性。圖2為網(wǎng)格劃分無(wú)關(guān)性驗(yàn)證圖，劃分結(jié)果如圖3所示。在劃分好的網(wǎng)格中，對(duì)流體微元列質(zhì)量守恒方程，動(dòng)量守恒方程和能量守恒方程。然后把控制方程在網(wǎng)格上用有限體積法進(jìn)行計(jì)算域離散處理，以標(biāo)準(zhǔn)的k湍流模型作為流場(chǎng)模型。在設(shè)置邊界條件時(shí)，進(jìn)口條件為速度進(jìn)口，出口邊界條件為壓力出口（P=0Pa）,固壁處邊界條件設(shè)為無(wú)滑移邊界，動(dòng)靜交界面設(shè)為動(dòng)靜耦合面。圖2計(jì)算域網(wǎng)格劃分無(wú)關(guān)性驗(yàn)證Fig.2Gridindependenceverification（a）流道式導(dǎo)葉網(wǎng)格圖（b）整體網(wǎng)格裝配圖圖3過(guò)流部件網(wǎng)格劃分圖Fig.3Gridsofflowingpa

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
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[3]余能回收液力透平導(dǎo)葉的型式選擇與性能分析[D]. 惠志磊.華北水利水電大學(xué) 2018
[4]余能回收用液力透平進(jìn)水室型式選擇與性能分析[D]. 劉萬(wàn)康.華北水利水電大學(xué) 2018
[5]余能回收用液力透平轉(zhuǎn)輪的型式選擇與性能分析[D]. 朱鵬艷.華北水利水電大學(xué) 2018
[6]DCSGT330-175×9型多級(jí)能量回收水力透平的優(yōu)化設(shè)計(jì)[D]. 鄭琦.蘭州理工大學(xué) 2012
[7]多級(jí)泵透平運(yùn)行的特性分析[D]. 方玲.華中科技大學(xué) 2011



本文編號(hào)：3572534