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《武汉大学》 2005年
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基于计算流体动力学的水轮机及水电站尾水系统数值研究

肖惠民  
【摘要】:随着计算流体动力学(CFD)的进步和计算机硬件性能的不断提高,三维紊流的数值模拟越来越精确,在水电站的设计、优化中已得到了广泛应用,数值模拟技术已经成为水电站开发、设计及优化的有力工具。 水电站水力发电系统主要包括引水系统、发电系统和尾水系统等系统。随着单机容量、电站装机容量的不断增大,水力发电系统的高效性、稳定性日益受到重视,而要保证机组的高效、稳定运行,各系统内部流动就必须要有良好的流态及尽可能小的水力损失。而通过数值模拟,可获得各系统内部稳态、非稳态的流速、压力分布,从而可实现系统的优化设计,并为机组的高效、稳定运行提供可靠的依据。 作为水电站关键设备之一的水轮机,对每个电站都需根据具体条件和要求进行设计制造,以确保良好的能量特性、空化特性和稳定性。而这需要在水轮机水力设计时做精心研究。近几年,水轮机数值模拟的一个突出进步是对水轮机所有过流部件的整体解析及转动部件(转轮)和非转动部件(导叶、尾水管)的耦合流动计算。整体解析是指对水轮机的整体(包括多个过流部件)进行流动计算。水轮机由蜗壳、固定导叶、活动导叶、转轮和尾水管等多个过流部件组成,这些部件在力学上具有很强的相互依赖关系。因此,不管是模型试验,还是数值模拟都应建立在对水轮机所有过流部件的整体模拟基础上,以获得真实、准确的数据。耦合计算是考虑了转动部件和非转动部件的动静干涉。与水轮机单部件的流动模拟相比,水轮机所有过流部件的整体耦合计算的边界条件更容易给定,在动静部件间不会产生不准确的边界条件,只需指定进口和出口的边界条件即可,计算结果与实际情况更接近,因而能更准确地预测水轮机的特性,为水轮机的优化设计提供更坚实的基础。 本文针对水布垭混流式模型和原型水轮机进行了三维定常计算。三维定常紊流计算采用多部件、动静耦合的计算方法,计算中针对模型和原型水轮机分别采用了两种物理模型,相应的流动计算分别称为“水轮机整体计算”和“水电站全流道计算”。水轮机整体计算的计算区域从蜗壳进口到尾水管出口,包括了蜗壳、固定导叶、活动导叶、转轮和尾水管等过流部件;水电站全流道计算的计算区域从压力引水管道进水口到尾水渠(管)出口,包含的过流部件与实际水电站的输水系统完全一样。与水轮机单部件计算和水轮机整体计算相比,水电站全流道计算是与电站实际运行情况最接近的一种计算方式,因而能获得原型水轮机更准确的流动、能量特性。本文根据水轮机整体计算和水电站全流道计算的数值计算结果预测了模型和原型水轮机的效率,预测结果与模型能量试
【学位授予单位】:武汉大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2005
【分类号】:TV136

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【引证文献】
中国期刊全文数据库 前1条
1 吴磊;潘华辰;;潮汐电站贯流式水轮机的流场数值模拟[J];机电工程;2010年10期
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 张文宇;上海世博园大型地表水源热泵对黄浦江水环境的影响分析[D];同济大学;2007年
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【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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8 李彦梅;郭玉;江善和;张朝龙;吴文进;;扰流对大口径内锥流量计性能影响的仿真研究[J];安庆师范学院学报(自然科学版);2010年03期
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中国重要会议论文全文数据库 前10条
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3 刘源;刘润发;张华伟;李言祥;;金属-气体共晶定向凝固(Gasar)过程的模拟仿真[A];第十二届全国铸造年会暨2011中国铸造活动周论文集[C];2011年
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5 凌英;孙燕;;城市氯气泄漏事故的安全距离应用研究[A];第十四届海峡两岸及香港、澳门地区职业安全健康学术研讨会暨中国职业安全健康协会2006年学术年会论文集[C];2006年
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7 栾辉宝;徐辉;陈黎;陶文铨;;FVM与LBM分区耦合模拟远场边界条件下的圆柱绕流[A];中国计算力学大会'2010(CCCM2010)暨第八届南方计算力学学术会议(SCCM8)论文集[C];2010年
8 龙血松;彭向和;贾兴豪;;90°弯头内导流片的优化设计[A];中国计算力学大会'2010(CCCM2010)暨第八届南方计算力学学术会议(SCCM8)论文集[C];2010年
9 朴英;单繁立;;超声速流动中湍流模型的适用性分析与修正方法研究[A];第三届高超声速科技学术会议会议文集[C];2010年
10 黄娟;张志国;陈汝钢;方成跃;;船用径向滑动轴承油膜润滑的数值模拟[A];2007年船舶力学学术会议暨《船舶力学》创刊十周年纪念学术会议论文集[C];2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 艾尚茂;管土耦合边界下海底悬跨管道涡激振动研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 李佳;载人潜器阻力性能的数值和试验预报及外形优化研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 穆勇;燃气轮机双燃料燃烧室流场及污染排放数值研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 邓锐;阻流板对双体船水动力性能影响的数值研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
5 王超;螺旋桨水动力性能、空泡及噪声性能的数值预报研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
6 王革;有壁面质量注入通道流体动力学典型问题分析[D];哈尔滨工程大学;2009年
7 顾璇;近地/海运动过程中的空气动力学分析[D];哈尔滨工程大学;2009年
8 高晓阳;甘肃河西大麦麦芽干燥控制系统研究[D];甘肃农业大学;2010年
9 黄燕;碟形越浪式波能发电装置的水动力性能研究[D];中国海洋大学;2010年
10 刘芬;注射成型过程中多相聚合物相形态演变的建模与模拟[D];华中科技大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张艳利;局部通风掘进工作面换热系数计算方法研究[D];河南理工大学;2010年
2 王发辉;基于FLUENT的干法磁分离机理的数值模拟[D];河南理工大学;2010年
3 胡海燕;等离子体喷涂射流的数值模拟[D];浙江理工大学;2010年
4 包金哲;煤化工气液固多相流管道磨蚀机理及仿真预测研究[D];浙江理工大学;2010年
5 姜逢章;蜂窝板传热元件的性能研究[D];郑州大学;2010年
6 谷骁勇;基于ANSYS的离心压缩机主要零件建模和受力分析[D];郑州大学;2010年
7 马艳;导管螺旋桨的水动力性能分析与设计优化[D];哈尔滨工程大学;2010年
8 张波;缸内流场结构对天然气发动机性能影响的模拟研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
9 罗富强;扁管管壳式换热器数值模拟研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
10 魏国亮;多级压气机三维流场数值模拟研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 贾允,周亚信;中小型水轮机补气及装置设计[J];大电机技术;2002年01期
2 张梁,吴伟章,吴玉林,陶星明,刘树红;混流式水轮机压力脉动预测[J];大电机技术;2002年05期
3 周凌九,王正伟,黄源芳;尾水管水力稳定性受直锥段高度影响的性能预测[J];大电机技术;2004年04期
4 王正伟,周凌九,陈炎光,丁铭,陈国栋;灯泡贯流式水轮机水力损失分析[J];大电机技术;2004年05期
5 刘万江;刘光宁;魏显著;韩秀丽;;舟坝电站稳定性研究[J];大电机技术;2006年01期
6 李振海,祝秋梅;填海工程影响下的电厂冷却水工程布置数值模拟研究[J];电力环境保护;2003年03期
7 旷仲和;海潮涨落对循环冷却水温度及机组运行性能的影响[J];电力建设;2000年07期
8 雷雅玲;水源热泵系统[J];低温建筑技术;2005年03期
9 杨纯,傅龙泉,黄东涛,王峰;电厂温排水受纳水域传热与流动的数值计算[J];上海电力学院学报;1995年02期
10 周鑫玉;电厂废水的环境效应及其处理技术[J];环境科学与技术;1997年03期
中国重要会议论文全文数据库 前1条
1 丁金才;叶其欣;;上海城市热岛效应对高温预报和分布诊断的影响[A];大气科学发展战略——中国气象学会第25次全国会员代表大会暨学术年会论文集[C];2002年
中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 刘胜柱;水轮机内部流动分析与性能优化研究[D];西安理工大学;2005年
2 辛喆;混流式水轮机全部通流元件的三维湍流流场分析与性能预测[D];中国农业大学;2005年
3 王树杰;柔性叶片潮流能水轮机水动力学性能研究[D];中国海洋大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 陈华;后石电厂温排水的数学模型研究[D];厦门大学;2002年
2 陶建民;低水头径流式电站水轮机优化选型设计[D];西安理工大学;2003年
3 高峰;水源热泵机组的开发与应用[D];北京工业大学;2003年
4 伍敏伟;圆管湍流的数值研究[D];清华大学;2002年
5 朱羿;电厂温排放的水环境数学模拟及热环境容量计算[D];河海大学;2005年
6 刘婷婷;冬冷夏热地区应用地表水源热泵系统供暖的优化方法[D];湖南大学;2005年
7 王钊宁;混流式水轮机尾水管涡带非定常流动数值模拟[D];西安理工大学;2006年
8 耿在明;双向贯流式水轮机数值模拟研究[D];河海大学;2006年
9 郭良民;大涡模拟应用研究及光船气动性能分析[D];国防科学技术大学;2005年
10 逯鹏;基于全流道模拟的混流式水轮机尾水管内部流动研究[D];西安理工大学;2007年
【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前9条
1 张超;刘寅;周光辉;;地源热泵的应用对环境的影响分析[J];低温与超导;2008年04期
2 周健;干丽莎;刘月红;卿晓霞;龙腾锐;黄向阳;;湖水源热泵系统尾水排放方式对水域温升分布的影响[J];中国给水排水;2010年19期
3 卿晓霞;崔相楠;周健;张景尧;梁汉超;吴常;;江水源热泵尾水排放方式优选试验研究[J];土木建筑与环境工程;2011年01期
4 龙惟定;马宏权;梁浩;张文宇;张思柱;吴筠;;上海世博园区江水源热泵应用研究[J];建筑科学;2010年10期
5 宋应乾;马宏权;范蕊;龙惟定;;地表水源热泵系统的水体热污染问题分析[J];建筑热能通风空调;2011年03期
6 谭理政;连之伟;陈建萍;;闭式地表水源热泵水体热承载能力研究[J];建筑热能通风空调;2012年03期
7 黄向阳;周健;刘月红;;地表水源热泵系统尾水对水环境影响研究综述[J];科学技术与工程;2009年05期
8 杨井银;张铁山;;运用数值模拟研究车身局部造型与气动阻力系数的关系[J];机械;2011年08期
9 卿晓霞;张景尧;周健;于玲玲;;江水源热泵系统尾水排放试验模型的数值模拟[J];中南大学学报(自然科学版);2012年10期
中国重要会议论文全文数据库 前1条
1 龙惟定;马宏权;梁浩;张文宇;张思柱;吴筠;;上海世博园区江水源热泵应用研究[A];全国暖通空调制冷2010年学术年会学术文集[C];2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前8条
1 钟堰辉;叶栅尾迹涡系变迁数值模拟[D];昆明理工大学;2010年
2 陈明;中央空调水系统节能策略研究及设计评估软件开发[D];重庆大学;2010年
3 胡磊;地源热泵系统岩土热响应试验及能效测评[D];重庆大学;2011年
4 邓博;某湖水源热泵系统供暖特性及节能性研究[D];重庆大学;2011年
5 谭理政;闭式地表水源热泵水体热承载能力研究[D];上海交通大学;2012年
6 张金明;东莞地区公共建筑空调用地表水源热泵系统的可行性分析研究[D];广州大学;2011年
7 许丁雪;地表水源热泵在珠江三角洲地区应用的可行性分析[D];华南理工大学;2010年
8 张景尧;基于数值模拟的江水源热泵系统尾水排放技术研究[D];重庆大学;2012年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 赖喜德;基于性能预测的水轮机水力优化设计[J];水动力学研究与进展A辑;2002年06期
2 樊祥生;顾青;杨锡刚;;泥泵的水力性能预测和优化设计[J];水运工程;2009年06期
3 成立;薛坚;刘超;周济人;汤方平;;CFD技术在泵装置水力优化设计中的应用[J];南水北调与水利科技;2007年03期
4 许建新;赵英男;;灯泡贯流式水轮机模型试验研究[J];黑龙江科技信息;2007年24期
5 王正伟,周凌九,黄源芳;尾水管涡带引起的不稳定流动计算与分析[J];清华大学学报(自然科学版);2002年12期
6 刘文章;;水轮机转轮振动特征及对应措施的探讨[J];科技资讯;2007年36期
7 张伟;;浅析小型水电站技术改造[J];科技致富向导;2010年30期
8 倪艳敏,陈偕雄;尾水管压力脉动模拟分析[J];科技通报;2005年04期
9 周凌九,王正伟,黄源芳;转轮出口流态对尾水管内压力脉动的影响[J];清华大学学报(自然科学版);2002年12期
10 廖孟扬;;坝的过鱼设备[J];水库渔业;1981年01期
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1 吴华根;邢子文;姜韶明;;螺杆制冷压缩机特性研究与优化设计[A];第十二届全国冷(热)水机组与热泵技术研讨会论文集[C];2005年
2 徐洪泉;王万鹏;;空化系数对水轮机水力性能的影响[A];第十六次中国水电设备学术讨论会论文集[C];2007年
3 刘光宁;陶星明;钟苏;;混流式水轮机的水力稳定性问题[A];2003年大型水电机组技术研讨会论文集[C];2003年
4 杜巧连;;轴向柱塞泵流体噪声的机理分析与降噪试验研究[A];第一届全国流体动力及控制工程学术会议论文集[C];2000年
5 孙建平;郑莉媛;敖建平;熊浩;;补气对三峡左岸机组低水头运行稳定性的影响[A];全国大中型水电厂技术协作网第二届年会论文集[C];2005年
6 刘胜柱;罗兴锜;;龙滩水电站水轮机水力性能研究[A];第十六届全国水动力学研讨会文集[C];2002年
7 何成连;龚长年;方源;;混流式水轮机低负荷压力脉动[A];2003年大型水电机组技术研讨会论文集[C];2003年
8 李启章;;对大型机组振动、裂纹问题的看法[A];水轮发电机组稳定性技术研讨会论文集[C];2007年
9 陈小兵;;SAW双模滤波器的优化设计[A];2010’中国西部声学学术交流会论文集[C];2010年
10 王满;王德信;徐凡力;;土质心墙堆石坝断面区间优化设计[A];第四届全国结构工程学术会议论文集(下)[C];1995年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 余小波;石清华:水轮机上转动着光荣与梦想[N];中国工业报;2006年
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3 宋亚平 记者 王方遒;世界最大水轮机关键技术在哈突破[N];哈尔滨日报;2011年
4 通讯员 张晶晶 记者 吴永红;全国首座优化设计超临界火电厂竣工[N];安徽日报;2008年
5 记者 吉明亮;“‘金轮’创造”走上国际市场大舞台[N];金华日报;2008年
6 陈涛;海南村路:优化设计 降低成本[N];中国交通报;2007年
7 张虹生 白兴国;趸船水轮机发电系统研制成功[N];福建科技报;2007年
8 张允峰 彭国勋;CAE技术在空调器木包装箱优化设计中的应用[N];中国包装报;2008年
9 广东 彭金幸;微型交流水轮发电机组原理与应用[N];电子报;2005年
10 通讯员 肖锋 本报记者 陶海音;“衡变”上半年节支1300万[N];湖南日报;2005年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 肖惠民;基于计算流体动力学的水轮机及水电站尾水系统数值研究[D];武汉大学;2005年
2 辛喆;混流式水轮机全部通流元件的三维湍流流场分析与性能预测[D];中国农业大学;2005年
3 滕海文;基于最大熵的结构两相优化设计[D];北京工业大学;2002年
4 郭祖华;并联数控刀具磨床的动力学优化设计[D];北京航空航天大学;2002年
5 栾振辉;平衡式复合齿轮泵的理论与试验研究[D];中国矿业大学(北京);2000年
6 刘桦;风电机组系统动力学模型及关键零部件优化研究[D];重庆大学;2009年
7 王俭;高垂直段风冷封闭母线三维场仿真分析及结构优化设计[D];沈阳工业大学;2009年
8 王新坤;微灌管网水力解析及优化设计研究[D];西北农林科技大学;2004年
9 郑银环;汽车钢板弹簧计算模型研究[D];武汉理工大学;2005年
10 徐志科;行波型超声波电机的模型仿真与试验研究[D];东南大学;2005年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 徐陈辉;基于分形理论的水轮机振动分析[D];河北工程大学;2008年
2 李娟;潜水电泵的节能技术研究[D];江苏大学;2007年
3 马文生;原型水轮机全流道计算及计算精度分析[D];中国农业大学;2005年
4 何芳;混流式水轮机转轮结构及优化设计[D];南昌大学;2008年
5 张桂湘;摆线式和蹼板式水轮机水动力性能计算方法研究[D];哈尔滨工程大学;2002年
6 邓万权;基于PIV技术的水轮机尾水管内流动的试验研究[D];西华大学;2006年
7 鹿兰帅;潮流能驱动的柔性叶片水轮机水动力性能试验研究[D];中国海洋大学;2009年
8 王丽敏;偏曲轴少齿差行星减速器优化设计[D];河北工业大学;2005年
9 贾斌;全程变桨距风能转换装置的气动研究[D];内蒙古工业大学;2005年
10 李丹;WWB型脉动式无级变速器运动分析及优化[D];南昌大学;2006年
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