水轮机转轮间隙流动数值模拟及参数化网格生成

论文摘要

随着国民经济的发展，能源已经是一个亟需解决的问题。可再生能源“十二五”规划初稿中，水电装机容量在2015年将达到3亿千瓦，可见水电能源在我国的工业生产中扮演着重要的角色。随着水电机组单机容量和尺寸的不断增大，比转速的相应提高，相对刚度的减弱，机组的安全和稳定运行问题已成为电站设计、制造安装和生产管理单位极为关注的问题。大型混流式水轮机水力稳定性有关的原因比较复杂，在电站的表现形式也多种多样，本文仅对水轮机转轮间隙内部流动以及轴向水推力计算进行研究。水轮机转轮轴向水推力设计值的大小不仅影响推力轴承的技术要求和经济指标，而且对发电机效率以及其安全稳定运行有巨大影响。当作用在水轮机转轮上的轴向力合力向上时机组会发生抬机现象；而轴向合力向下则对推力轴承的设计和制造提出了高要求。传统方法利用模型试验进行真机水推力预测,这种方法误差较大。所以如何准确计算和预测轴向水推力是确保机组安全、稳定、高效运行的重要依据之一。本文利用数值模拟技术对水轮机转轮间隙进行模拟，研究转轮间隙内部的流动情况以及进行水推力预测，为转轮间隙设计和推力轴承选定提供一定理论依据。在对水轮机转轮间隙进行数值模拟时，网格生成占一个计算任务全部人力时间的大部分时间。因此，能否快速、精确地生成网格是一个重要的问题。水轮机间隙的几何形状具有一定几何特征，故可以使用参数化的方式来对其进行几何建模，网格划分。利用参数化手段开发出专用软件，可以使分析人员从大量繁重琐碎且重复的造型、网格生成中解脱出来，可以大大缩短数值模拟的时间，从而可将更多的时间和精力用在结果的后期处理和分析上。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 水轮机轴向水推力研究的背景和意义
• 1.2 水轮机转轮水推力计算
• 1.3 间隙数值模拟
• 1.4 本研究的主要工作和特点
• 2 水轮机转轮间隙数值模拟若干问题讨论
• 2.1 水轮机转轮受力分析
• 2.2 计算几何模型建立
• 2.3 水轮机转轮间隙网格划分
• 2.4 湍流模型选择
• 2.5 转轮间隙泄漏量的估算
• 2.6 本章小结
• 3 水轮机转轮间隙数值模拟分析
• 3.1 计算几何模型及网格处理
• 3.2 进出口边界条件给定
• 3.3 水轮机转轮轴向水推力分析
• 3.4 转轮间隙内部流动特点分析
• 3.5 不同间隙尺寸下泄漏量与水推力的关系
• 3.6 本章小结
• 4 水轮机转轮间隙参数化网格生成
• 4.1 网格划分基本理论
• 4.2 水轮机转轮间隙种类及特征
• 4.3 转轮间隙几何模型简化
• 4.4 商用软件 ANSYS ICEM CFD 网格划分
• 4.5 水轮机转轮间隙参数化网格软件简介
• 4.6 实际模型算例分析
• 4.7 本章小结
• 5 工作总结与后续研究工作
• 5.1 工作总结
• 5.2 后续研究工作
• 致谢
• 参考文献