中高比转速轴流式水轮机水力模型方案的开发研究

【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。