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中高比转速轴流式水轮机水力模型方案的开发研究

作　者: 陈大为
导　师: 齐学义
学　校: 兰州理工大学
专　业: 流体机械及工程
关键词: 轴流式水轮机全流道数值模拟性能预估
分类号: TK730.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 52次
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内容摘要

近年来,随着计算流体动力学数值求解技术和计算机软硬件技术的高速发展,使得求解旋转透平机械内的复杂三维粘性流动成为可能。这种计算流体动力学—CFD技术在水轮机水力设计中的应用使我们能够较准确的获得水轮机内部流场分布及过流部件内部流动信息,为准确预估水轮机的水力性能创造了条件。从而对水轮机转轮及过流部件几何尺寸进行修型,为全面提高水轮机的水力性能奠定基础。本课题针对10—15m水头段水能资源的开发利用,利用奇点分布法设计了一个新的中高比转速轴流式水轮机转轮水力模型方案,用CFD技术模拟水轮机内部的三维湍流场,分析各工况下水轮机全流道的流态、流场分布,利用各过流部件流场性能的预测结果对所设计的水轮机转轮及过流部件几何尺寸进行修型、改进,最终开发出一个性能比较优良的轴流式水轮机水力模型方案。采用Pro/E软件对轴流式水轮机转轮进行三维几何造型；模型进行网格划分时,分析了网格类型和网格尺度对水轮机计算效率的影响；对所设计的水轮机水力模型导水机构、转轮、尾水管等过流部件的参数进行了多次的调整改进,提高了水轮机整机的水力效率；在不同工况条件下对水轮机模型进行了全流道的三维定常湍流数值计算,分析了水轮机全流道的流场分布及性能；预估了水轮机的水力效率和空化性能,所开发的轴流式水轮机水力模型性能优良。

全文目录

摘要  7-8
Abstract  8-9
第1章绪论  9-14
  1.1 课题研究目的和意义  9-10
  1.2 国内外研究现状综述  10-12
  1.3 主要研究工作  12-13
  1.4 本章小结  13-14
第2章 FLUNET软件简介  14-18
  2.1 引言  14-15
  2.2、用FLUENT程序求解问题的步骤  15
  2.3、FLUENT的求解方法与分析方案的选择  15-16
  2.4、常用的边界条件  16-17
  2.5 本章小结  17-18
第3章三维湍流数值模拟基本理论和方法  18-30
  3.1 数值计算的网格技术  18-20
    3.1.1 非结构网格技术  18-19
    3.1.2 非结构网格的光滑技术  19-20
  3.2 控制方程离散  20-23
    3.2.1 湍流运动的基本控制方程  20-21
    3.2.2 常用的离散方法及离散格式  21-23
  3.3 揣流模型  23-24
    3.3.1 Realizable κ-ε湍流模型  23-24
    3.3.2 压力—速度藕合关系的处理  24
  3.4 网格划分对数值计算结果的影响  24-29
    3.4.1 网格类型对计算结果的影响  24-25
    3.4.2 数值计算分析  25-27
    3.4.3 数值计算结果  27-28
    3.4.4 网格划分过程  28-29
  3.5 本章小结  29-30
第4章轴流式水轮机叶片的水力设计和几何造型  30-39
  4.1 引言  30
  4.2 轴流式水轮机叶片的水力设计方法  30-31
    4.2.1 升力法  30-31
    4.2.2 保角变换法  31
    4.2.3 奇点分布法  31
  4.3 奇点分布法水力计算步骤  31-35
    4.3.1 几何平均流速及环量密度  31-32
    4.3.2 一次近似翼型  32-33
    4.3.3 二次近似翼型  33-35
  4.4 转轮叶片的几何造型过程  35-38
  4.5 本章小结  38-39
第5章轴流式水轮机的三维湍流计算和性能分析  39-69
  5.1 数学模型  39-40
  5.2 轴流式水轮机水力模型主要设计参数  40
  5.3 水轮机水力模型初始方案的CFD计算分析与完善  40-44
    5.3.1 导水部件初始方案的CFD计算分析与改进  40-41
    5.3.2 转轮初始方案的CFD计算分析与改进  41-42
    5.3.3 尾水管初始方案的CFD计算分析与改进  42-44
  5.4 三维湍流计算的结果和分析  44-47
    5.4.1 过流部件的流场计算结果分析  44-47
  5.5 三维湍流数值计算结果显示  47-64
    5.5.1 引水部件  47-50
    5.5.2 转轮  50-56
    5.5.3 转轮室  56-58
    5.5.4 尾水管  58-64
  5.6 轴流式水轮机水力性能预估结果  64-68
    5.6.1 性能预估结果  65-67
    5.6.2 转轮的空化性能分析  67-68
  5.7 本章小结  68-69
结束语  69-70
  结论  69
  展望  69-70
参考文献  70-74
致谢  74-75
附录A 攻读学位期间公开发表的论文  75

中高比转速轴流式水轮机水力模型方案的开发研究

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