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含沙水中长短叶片水轮机内部流动的数值模拟

李高峰  
【摘要】:迄今为止,关于含沙河流中运行的水轮机泥沙磨损破坏机理的研究取得了很大的进步,但还不十分成熟。 常规混流式水轮机在含沙河流运行过程中,水轮机的空蚀和磨损破坏非常严重,特别是在高水头状态下运行,情况更为严重,水轮机的空蚀和磨损破坏已是水电站安全运行的一个重要问题。事实证明,长短叶片混流式水轮机能够减轻空蚀破坏及泥沙磨损,但问题并没有得到彻底解决,故需要对长短叶片混流式水轮机内部固液两相流动进行研究,探讨水轮机内部沙水流场的流动机理,为长短叶片水轮机设计提供参考。 本文将其水轮机各过流部件作为整体来考虑,基于N-S方程,分别对其水轮机内的清水及沙水流动进行数值计算。研究的成果如下: 一、根据一具体水轮机的水力设计技术参数,采用Unigraphics软件分别对水轮机引水部件、导水机构、转轮及尾水管进行三维几何建模。并将建好的各过流部件三维模型导入Gambit软件中,并对其依次进行网格划分及指定边界类型和区域类型; 二、分别对清水中大流量工况、最优工况、小流量工况下水轮机内部流动进行数值计算; 三、分别对沙水中的颗粒体积浓度和直径一定流量不同,颗粒体积浓度和流量一定颗粒直径不同,颗粒直径和流量一定颗粒体积浓度不同的情况下水轮机内部流动进行数值计算;通过对清水和沙水的数值计算结果的对比分析,获得了长短叶片水轮机各过流部件的泥沙磨损和空蚀破坏规律。计算结果与实际电站在运行过程中发生的情况基本吻合。


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