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水力机械叶片翼型及转轮的数值模拟研究

胡荣霞  
【摘要】: 水力机械作为通用机械在国民经济中发挥重要作用,其性能直接影响着工程的造价、性能、运行及维护的费用。转轮作为水力机械的核心部件,对其及其叶片的翼型进行深入研究,预测水力机械的性能,不仅具有理论意义,更具有工程实用价值。 本文通过数值模拟方法,对水力机械中叶片的翼型及其转轮的水动力性能进行研究。文中建立了较为完善的计算流体动力学(CFD)分析模型,计算模型采取了标准κ-ε模型。计算过程中采取了非结构网格与混合网格,应用有限体积法,二阶迎风格式对控制方程组进行离散化处理,压力速度耦合采用SIMPLEC算法,平面翼型绕流时采用速度进口,自由出流,转轮的数值模拟时采用压力进、出口的边界条件。通过计算得到以下结论: 1.得到组成叶片的五个孤立翼型平面绕流的升、阻力系数曲线。从叶片外缘到轮毂的五个翼型的最佳冲角依次大约为2°、2°、0°、-2°和-4°。2.对根据已知翼型设计出的泵体进行数值模拟,结果表明,数值模拟得到的泵Q-H曲线与泵的模型试验结果基本符合。3.转轮叶栅中翼型上表面的压力由翼型头部至翼尾部在不断减小,而下表面的压力由头部至尾部在不断增大。五个翼型均在翼型头部,压力变化比较快,且在翼型头部上、下表面的压力差最大。每个翼型均在靠近翼型头部的地方容易产生负压。 4.比较了三个工况下,转轮叶栅中的翼型与孤立翼型绕流。同一翼型在相同冲角下的相同位置,叶栅中的翼型上、下表面压力均大于孤立翼型绕流时的压力;同一翼型,在叶栅中上表面的压力值变化比在孤立翼型绕流中变化小,而下表面压力叶栅中压力变化比孤立翼型绕流时大。


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