高比轉(zhuǎn)速軸流式水輪機CFD優(yōu)化及流動特性研究

2.6萬字 78頁 原創(chuàng)作品，已通過查重系統(tǒng)

摘要
現(xiàn)如今，隨著計算機的流體力學(xué)數(shù)值模擬CFD技術(shù)的逐漸發(fā)展，使得能夠做到解答復(fù)雜的三維粘性模型更加方便。尤其顯示于水輪機的性能模擬和優(yōu)化中能夠使用計算流體力學(xué)CFD技術(shù)來對水輪機的內(nèi)部流動特性進行模擬從而能夠有效的研究水輪機內(nèi)部各個過流部件以及整體的各項指標(biāo)。
如今，本實驗所涉及的軸流式水輪機主要能夠用于中低水頭，大流量的水電站，可以起到有效合理的利用水利資源的做用。作為未來發(fā)展的一種趨勢，高比轉(zhuǎn)速軸流式水輪機就目前而言的確仍然存在許多需要改進的地方和亟待解決的問題。
本文采取計算流體力學(xué)CFD的方法對本實驗高比轉(zhuǎn)速軸流式水輪機進行了數(shù)值模擬，根據(jù)CFD計算的計算結(jié)果對其內(nèi)部過流部件和流道等進行一定的優(yōu)化設(shè)計，研究流動特性。
主要研究內(nèi)容和成果如下：
（1） 根據(jù)原始資料的介紹，建立了該軸流式水輪機的三維模型，并進行數(shù)值模擬，研究其流動特性。
（2） 根據(jù)數(shù)值模擬和相似原理，確定設(shè)計水頭下的最優(yōu)轉(zhuǎn)速。
（3） 根據(jù)理論與數(shù)值模擬分析，確定最佳轉(zhuǎn)輪輪轂比，并分析不同翼型及葉片個數(shù)對轉(zhuǎn)輪性能的影響。設(shè)計出最佳轉(zhuǎn)輪為4葉片優(yōu)化后的轉(zhuǎn)輪，結(jié)果證明其在效率，出力以及壓力分布上均比較優(yōu)越。
（4） 用數(shù)值模擬的方法，分別使用優(yōu)化的不同導(dǎo)葉翼型及個數(shù)，查看對水輪機性能的影響，得出了最佳的水輪機導(dǎo)葉。研究表明，在選用最優(yōu)導(dǎo)葉翼型的基礎(chǔ)上選擇導(dǎo)葉個數(shù)為24時的水輪機效率最高。
（5） 保持模型水輪機處于最優(yōu)轉(zhuǎn)速，使不同葉片相對安放角對應(yīng)不同導(dǎo)葉相對轉(zhuǎn)角，模擬水頭在7m~16m變化時水輪機的流量及出力變化，并用AutoCAD繪制其不同葉片安裝角時裝置的運轉(zhuǎn)特性曲線，并以此基礎(chǔ)得出裝置葉片的最優(yōu)安放角。


關(guān)鍵詞：軸流式水輪機；高比轉(zhuǎn)速；數(shù)值模擬；優(yōu)化設(shè)計；流動特性