论文题目: 水轮机内部流动分析与性能优化研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 水利水电工程
作者: 刘胜柱
导师: 罗兴锜
关键词: 水轮机,多块网格,稳定性,间隙流,水力性能优化
文献来源: 西安理工大学
发表年度: 2005
论文摘要: 本文混流式水轮机部分是在国家自然科学基金重点项目《巨型混流式水轮机组振动与稳定性研究》(90410019)资助下完成。轴流式水轮机部分是在国家自然科学基金项目《水轮机间隙流动的试验和数值模拟研究》(50379044)资助下完成。本文对水轮机内部流动分析及性能优化进行了系统研究,并进行了试验验证,主要成果有: 本文根据水轮机通流部件几何形状的特点,采用拼接式多块网格技术,建立了网格块划分的拓扑方法,采用代数方法实现水轮机通流部件网格生成,能够快速实现全包角蜗壳、半蜗壳、导叶、混流式转轮、轴流式转轮、尾水管的高质量结构化网格生成。 提出了混流式水轮机转轮叶片进出水边外延方法和水轮机叶片参数样条曲面改型方法。建立了叶片改型与CFD分析的关系,并成功应用于三峡右岸等多个重点工程的水轮机研发。 通过水轮机各通流部件的数值模拟,改进了水轮机各通流部件的整体性能。采用k-ε模型数值模拟,得到了水轮机的数值效率,通过试验对比,混流式水轮机的数值效率在设计点附近与试验值具有很好的吻合,而远离设计工况计算结果偏差加大。 提出了在CFD分析中通过转轮出口环量控制改善压力脉动的方法,并成功解决了重大工程三峡水轮机模型试验中出现的高部分负荷压力脉动问题;通过性能优化,全面提高了三峡右岸水轮机的水力性能,使三峡右岸水轮机与左岸相比不仅效
论文目录:
1． 绪论
1．1 研究背景与意义
1．2 水轮机CFD分析研究现状
1．2．1 水力机械流动分析的发展历程
1．2．2 紊流模型
1．2．3 网格生成技术
1．3 水轮机水力性能研究现状
1．3．1 水轮机水力性能研究
1．3．2 水轮机过流部件匹配与性能的关系
1．3．3 轴流式水轮机间隙流动研究现状
1．5 本文主要研究内容
2． 三维紊流数值计算
2．1 控制方程
2．2 紊流模型
2．2．1 k-ε模型及修正模型
2．2．2 雷诺应力模型(RSM)
2．2．3 壁面函数
2．3 控制方程的离散
2．3．1 方程的离散
2．3．2 速度—压力耦合关系的处理
2．3．3 边界条件
2．4 代数方程的求解
2．5 本章小结
3． 水轮机通流部件的网格生成
3．1 前言
3．2 网格分块策略和网格拼接技术
3．3 自动分块技术
3．4 CAD和CFD之间的几何数据交换
3．5 块内网格生成方法
3．6 水轮机内的网格生成
3．6．1 蜗壳网格划分
3．6．2 导叶网格划分
3．6．3 转轮网格划分
3．6．4 尾水管网格划分
3．7 网格质量
3．8 轴流式水轮机整体计算网格生成
3．9 本章小结
4． 混流式转轮改型与性能优化
4．1 前言
4．2 转轮叶片改型设计方法
4．2．1 叶片进出水边外延方法
4．2．2 叶片几何形状的改型方法
4．2．2．1 参数样条曲面
4．2．2．2 曲面控制点的给法
4．2．2．3 算例
4．3 性能优化分析
4．3．1 性能优化
4．3．2 改型设计
4．3．2．1 最优工况结果比较
4．3．2．2 A858a转轮最优工况优化结果
4．3．2．3 典型工况计算结果
4．3．2．4 数值效率计算结果
4．4 试验验证
4．4．1 效率试验
4．4．1．1 A722和A850效率试验结果
4．4．1．2 A858a转轮效率试验结果
4．4．1．3 计算值与试验值的比较
4．4．1．4 效率试验结果分析
4．4．2 试验观察
4．4．3 压力脉动试验
4．4．4 压力脉动分析
4．4．5 涡流观察试验
4．4．6 流动特性分区
4．5 本章小结
5． 轴流水轮机内部流动分析与性能优化
5．1 前言
5．2 轮缘间隙流动研究
5．2．1 叶片压力面计算结果
5．2．2 效率和间隙泄漏计算结果
5．2．3 间隙涡计算结果
5．3 性能优化
5．3．1 底环压力计算结果
5．3．2 效率计算结果
5．3．3 几何形状的优化
5．4 整体计算
5．5 试验验证
5．5．1 模型效率试验结果
5．5．2 试验结果分析
5．5．3 轴流式水轮机轮缘间隙的流动特性
5．5．4 间隙涡的计算结果与试验观察结果的对比
5．5．5 桨叶转角和导叶开度对间隙泄漏流动的影响
5．6 本章小结
6． 总结
致谢
参考文献
附录
发布时间: 2005-12-23
参考文献
- [1].水轮机优化设计与运行可靠性问题研究[D]. 梁武科.西安理工大学2006
- [2].基于水轮机内外特性复合数学模型的调节系统动态特性研究[D]. 门闯社.西安理工大学2018
- [3].基于声学的水轮机状态监测技术研究[D]. 吴道虎.华中科技大学2006
相关论文
- [1].冲击式水轮机内部流动数值模拟及性能研究[D]. 刘洁.华中科技大学2005