汽轮发电机通风冷却风扇CFD设计与优化

论文摘要

随着我国对节水及环境问题的重视,电力系统的发展受到水资源短缺的约束,而空冷发电机组是节水非常显著的发电方式,在富煤缺水地区大力发展大型空冷机组对节约水资源和维持电力工业可持续发展具有重大的战略意义。采用空冷技术发展大型火力发电站,使我们摆脱多年来由于受水源的限制,“以水定电”以及长距离高成本引水的尴尬局面。空冷汽轮发电机具有系统简单、安装周期短、启停方便、运行经济、可靠性高、维护检修方便等突出优点,近年来日益受到用户的欢迎,特别是在城市集中供热的热电厂、余热发电厂、循环硫化床电厂以及燃汽轮机联合循环电站等项目上显示出广阔的市场前景。随着新结构、新材料和计算机辅助设计等手段的运用,空冷汽轮发电机单机容量不断增大,中大型空冷汽轮发电机正逐步成为国内外发展的一种趋势。本文应用流体仿真计算软件Fluent/Gambit对某汽轮发电机冷却风扇内部的定常流动进行了数值模拟。首先应用三维造型软件UG NX4.0对其进行立体建模,再通过Parasolid导入Gambit划分网格,导入Fluent后,采用标准κ-ε、SIMPLE压力修正算法和多参考系模型,对汽轮发电机通风冷却风扇模型的内部流场进行数值模拟,了解其内部压力、速度分布特征。根据数值模拟结果对冷却风扇的效率进行了计算。在分析风扇内部流场的基础上,找出影响其效率的主要因素,通过改变风扇叶片安放角、将风扇叶片进行扭曲修型等方法,对冷却风扇内部流动的水力特性进行了较为详细的研究。通过数值模拟,得到了叶片安放角、扭转角与风扇效率的关系,并以此为基础对冷却风扇进行优化设计。经过优化,冷却风扇的效率由70.79%提高到73.32%,从而证明了该优化方法的可行性,对以后冷却风扇的优化设计有重要意义。本文的最后用CFX对优化后的风扇模型进行流场计算,计算结果与Fluent计算结果一致,表明了本文计算结果的可信性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源
• 1.2 国内外研究现状、目的与意义
• 1.3 研究内容
• 1.4 研究思路与技术路线
• 1.4.1 研究思路
• 1.4.2 技术路线
• 1.5 所用软件
• 1.5.1 UGNX4.0 简介
• 1.5.2 Fluent 简介
• 第2章 轴流风扇数值计算方法
• 2.1 概述
• 2.2 计算流体力学基本方程
• 2.3 求解方法简介
• 2.4 湍流模型
• 2.5 壁面函数
• 2.6 本章小结
• 第3章 风扇模型建立及网格划分
• 3.1 风机基本理论
• 3.1.1 风机的分类
• 3.1.2 风机的主要性能参数
• 3.2 风扇模型的建立
• 3.2.1 物理模型
• 3.2.2 数学模型
• 3.3 计算域及网格划分
• 3.4 边界类型设置
• 3.4.1 入口条件
• 3.4.2 出口条件
• 3.4.3 前导叶及叶片表面设置
• 3.4.4 动静交界面设置
• 3.5 轴流风扇改型前全通道数值模拟计算
• 3.6 本章小结
• 第4章 参考模型的数值模拟及分析
• 4.1 整体压力分布
• 4.2 叶片表面压力分布
• 4.3 叶轮区域流线
• 4.4 风扇效率计算
• 4.5 本章小结
• 第5章 风扇的优化设计
• 5.1 叶片优化
• 5.1.1 调整叶片安放角
• 5.1.2 扭转叶片
• 5.2 修型后模型流场计算
• 5.3 修型后模型流量－效率特性
• 5.4 CFX 对改型叶轮的计算结果
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录 UDF 计算程序
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢