本文選題：混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪 + CFD　； 參考：《河北工程大學(xué)》2014年碩士論文

【摘要】：混流式水輪機(jī)在水電站中占有很大的比例，轉(zhuǎn)輪是實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的核心部件，對(duì)混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的選擇一般根據(jù)工作水頭確定,并根據(jù)相似原理對(duì)轉(zhuǎn)輪進(jìn)行生產(chǎn)制造。由于不同水電站中水輪機(jī)的運(yùn)行條件各不相同，可能會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)輪的實(shí)際工作性能難以達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)，因此需要根據(jù)實(shí)際的運(yùn)行條件對(duì)轉(zhuǎn)輪進(jìn)行優(yōu)化。本文以使用于能量試驗(yàn)臺(tái)上的HL160轉(zhuǎn)輪為例進(jìn)行優(yōu)化并研究其動(dòng)力特性與尾水管壓力脈動(dòng)。 首先基于BladeGen對(duì)水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪進(jìn)行參數(shù)化造型，在實(shí)際運(yùn)行工況下對(duì)水輪機(jī)全流道進(jìn)行湍流計(jì)算，根據(jù)流場(chǎng)計(jì)算結(jié)果與葉片翼型壓力分布不斷優(yōu)化轉(zhuǎn)輪結(jié)構(gòu)，直到轉(zhuǎn)輪葉道內(nèi)的流場(chǎng)得到優(yōu)化并且能量性能得到保證。檢驗(yàn)水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪對(duì)負(fù)荷波動(dòng)的適應(yīng)性并對(duì)轉(zhuǎn)輪結(jié)構(gòu)進(jìn)行微調(diào)，最后輸出優(yōu)化后的轉(zhuǎn)輪結(jié)構(gòu)參數(shù)。 對(duì)優(yōu)化后的水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的進(jìn)行動(dòng)力特性分析。首先對(duì)轉(zhuǎn)輪處于空氣中與水下的模態(tài)分別進(jìn)行計(jì)算，分析轉(zhuǎn)輪的各階模態(tài)和水對(duì)轉(zhuǎn)輪固有模態(tài)的影響。然后使用流固耦合的方法對(duì)水輪機(jī)進(jìn)行計(jì)算，分析轉(zhuǎn)輪葉片在單向流固耦合與雙向留固耦合計(jì)算中的應(yīng)變分布特點(diǎn)。 尾水管壓力脈動(dòng)是重要的水力激振源，對(duì)優(yōu)化后的轉(zhuǎn)輪在設(shè)計(jì)運(yùn)行工況下進(jìn)行湍流計(jì)算，考察尾水管內(nèi)的流場(chǎng)和壓力分布。計(jì)算部分負(fù)荷的運(yùn)行工況，對(duì)尾水管流場(chǎng)與渦帶進(jìn)行分析。計(jì)算尾水管內(nèi)的壓力脈動(dòng)，對(duì)安全運(yùn)行具有一定的參考意義。 在實(shí)際運(yùn)行工況下，通過CAD-CAE的方法對(duì)轉(zhuǎn)輪進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)于保證產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量有具有實(shí)際意義。分析轉(zhuǎn)輪的動(dòng)力特性與尾水管壓力脈動(dòng)，，對(duì)安全運(yùn)行具有一定的參考意義。
[Abstract]:The Francis turbine occupies a large proportion in the hydropower station. The runner is the core component to realize the energy conversion. The selection of the Francis turbine runner is generally determined according to the working head, and the runner is manufactured according to the principle of similarity. Due to the different operating conditions of the turbines in different hydropower stations, it may be difficult to achieve the design goal for the actual working performance of the runner, so it is necessary to optimize the runner according to the actual operating conditions. In this paper, the dynamic characteristics and pressure fluctuation of draft tube are studied by using HL160 runner as an example. Firstly, the hydraulic turbine runner is parameterized based on BladeGen, and the turbulent flow of the turbine runner is calculated under the actual operating conditions. According to the flow field calculation results and the blade wing pressure distribution, the runner structure is continuously optimized. Until the flow field in the runner impeller is optimized and the energy performance is guaranteed. The adaptability of hydraulic turbine runner to load fluctuation was tested and the structure of runner was fine-adjusted. Finally the optimized parameters of runner structure were outputted. The dynamic characteristics of the optimized turbine runner are analyzed. Firstly, the modes of the runner in the air and underwater are calculated, and the influence of the water on the inherent mode of the runner is analyzed. Then the fluid-solid coupling method is used to calculate the turbine, and the strain distribution characteristics of the runner blade in unidirectional fluid-solid coupling and bidirectional fluid-solid coupling calculation are analyzed. The pressure pulsation of draft tube is an important source of hydraulic excitation. The turbulent flow field and pressure distribution in the draft tube are investigated by the turbulent calculation of the optimized runner under the design operation condition. The flow field and vortex zone of draft tube are analyzed by calculating the operating condition of partial load. The calculation of pressure fluctuation in draft tube has certain reference significance for safe operation. Under the actual operating conditions, the optimization of runner by CAD-CAE has practical significance to ensure the quality of product design. Analyzing the dynamic characteristics of runner and pressure pulsation of draft tube has certain reference significance for safe operation.
【學(xué)位授予單位】：河北工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TV734.1

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本文編號(hào)：2050425