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混流式水轮机内水流的数值模拟及其CFD软件应用的研究

肖玉红  
【摘要】: 水力发电是国民经济发展中主要的能源来源之一,水电站的核心部件是水轮机,水轮机的工作状态对水电站的整体性能起着决定性的作用。一直以来随着水电产业的不断发展,水轮机技术的研究也在不断进步。追求安全、高效、稳定的运行工况仍是水轮机过流部件研究的重要技术难题之一。 计算流体动力学CFD(Computational Fluid Dynamics)是近年来发展起来的流动模拟技术,特别是CFD模型软件系统的出现为水轮机内部湍流流动的数学模拟提供了经济、快捷和灵活的研究手段。合理、有效的应用CFD模型软件系统对水轮机全流道的计算模拟,成为水轮机流动模型研究发展的新方向。 本文对CFD原理进行了系统的、较详细的介绍。讨论了? -?湍流模型的各种形式,比较选择了水轮机内水流运动模型,评述了CFD软件的建模方法。建立了二维水轮机水流运动模型,通过计算结果对水轮机内部流动及特性进行了分析。 论文具体完成的工作内容如下: 一、根据一具体水电站的实际水力参数,对水轮机引水部件、导水机构、转轮叶片和水轮机整体结构建立了二维分体和联体几何模型; 二、研究了利用FLUENT软件对水轮机各主要部件的网格划分、边界设定、参数选择、求解计算等一系列软件应用的关键步骤; 三、对求解收敛的结果进行后处理,得到了各个计算流体区域的速度矢量分布、压力等值线分布、湍流强度等值线分布,分析各特征点流体流动状态和静、动压数值变化; 四、分析了最优工况下混流式水轮机内部流动特征,获取水轮机各过流部件的流动信息,在定量和定性两个方面评价水轮机的性能。


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