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含沙河流中低比速混流式水轮机内部流动数值模拟

作　者: 金汉林
导　师: 刘小兵
学　校: 西华大学
专　业: 水利水电工程
关键词: 水轮机 长短叶片 CFD 数值模拟 泥沙磨损
分类号: TV734.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 7次
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内容摘要


在新世纪，能源问题已经成为制约世界各国经济和社会发展长期的瓶颈，随着工业的发展，对能源的需求就显得更加迫切，能源的有效利用及可持续发展成为世界各国重视的关键问题。水轮机作为水力发电机组的核心部件在我国电力生产中发挥着十分重要的作用。目前我国水能资源储量丰富，但绝大多数河流都有较高的泥沙含量，其上运行的水轮机叶片表面常常会遭受空蚀和泥沙磨损相互作用破坏，导致水轮机性能恶化，使用寿命降低，电站运行成本增加，经济效益下降。因此，研究水轮机在含沙河流中内部流动的水力性能具有巨大的经济价值。本文以某一水电站长短叶片混流式水轮机为研究对象，利用CFD软件模拟了该水轮机在清水和含沙水中内部流场的三维流动情况，得到在不同工况下各过流部件的压力分布和速度分布，分析其在不同工况下的水力性能，为含沙水中的水轮机的磨损研究及其优化设计提供理论基础。具体步骤如下：一、按照原始流道设计图纸和相关电站运行的实际数据，利用三维建模软件UG对水轮机各过流部件进行建模。二、水轮机各过流部件的模型建好之后，再将其导入到网格划分软件当中，分别对其进行对应的网格划分。三、再借助流体力学计算软件，在清水流场的条件下，选取三个比较典型的流量工况，对水轮机内部流动进行数值模拟计算。四、再运用流体力学计算软件对含沙水中不同流量，不同颗粒浓度和颗粒粒径下进行全流道数值模拟，然后通过对计算结果的对比分析，得出长短叶片混流式水轮机各部件的水力性能以及泥沙磨损和空化空蚀破坏规律。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-8
1 绪论  8-13
  1.1 课题来源  8
  1.2 课题研究的背景及目的与意义  8-9
    1.2.1 课题研究的背景  8
    1.2.2 课题研究的目的和意义  8-9
  1.3 混流式水轮机国内外研究应用现状与发展趋势  9-11
    1.3.1 国内外混流式水轮机的应用现状  9-10
    1.3.2 水轮机内部流动国内外研究现状与发展趋势  10-11
    1.3.3 水轮机内部泥沙磨损研究  11
  1.4 本文的主要研究内容和方法  11-13
2 水轮机在含沙河流中内部流动数值模拟计算模型  13-16
  2.1 水轮机内流场研究计算简介  13
  2.2 水轮机内部流动研究的基本控制方程  13-14
    2.2.1 引言  13-14
    2.2.2 水轮机内部固液两相流动研究基本方程  14
  2.3 两相流场的计算模型  14-16
3 水轮机在含沙河流中内部流动数值模拟方法  16-18
  3.1 引言  16
  3.2 网格的生成方法  16
  3.3 选择计算模型  16
  3.4 确定边界条件  16-17
  3.5 数值模拟计算的收敛判断方法  17-18
4 水轮机全流道三维建模及计算网格划分  18-29
  4.1 水轮机模型的基本设计参数  18
  4.2 水轮机各过流部件建模方法  18
  4.3 三维建模工具软件 UG 简介  18-19
  4.4 各过流部件的三维建模  19-26
    4.4.1 蜗壳的三维建模  19
    4.4.2 导水部分的三维建模  19-21
    4.4.3 长短叶片的三维建模和优化  21-24
    4.4.4 尾水管的三维建模  24-25
    4.4.5 水轮机各过流通道装配与组合  25-26
  4.5 计算网格划分  26-29
    4.5.1 划分网格软件 Gambit 简介  26-27
    4.5.2 网格划分的基本原则  27
    4.5.3 水轮机全流道网格划分  27-29
5 数值模拟计算结果分析  29-52
  5.1 清水中水轮机全流道数值模拟与性能预测  29-39
    5.1.1 蜗壳内部流动数值计算结果与分析  29-30
    5.1.2 导水机构内部流动数值计算结果与分析  30-33
    5.1.3 转轮内部流动数值计算结果与分析  33-39
  5.2 含沙河流中水轮机各过流部件数值模拟结果与分析  39-52
    5.2.1 引言  39-40
    5.2.2 水轮机在含沙河流中内部流动数值模拟  40-52
6 结论与展望  52-54
  6.1 结论  52
  6.2 存在问题  52-53
  6.3 展望  53-54
参考文献  54-56
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  56-57
致谢  57-58

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中图分类: > 工业技术 > 水利工程 > 水能利用、水电站工程 > 水电站建筑与设备 > 机电设备 > 水轮机及其设备
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