高比轉(zhuǎn)速軸流式水輪機(jī)CFD優(yōu)化及流動(dòng)特性研究

2.6萬(wàn)字 78頁(yè) 原創(chuàng)作品，已通過(guò)查重系統(tǒng)

摘要
現(xiàn)如今，隨著計(jì)算機(jī)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(jī)的性能模擬和優(yōu)化中能夠使用計(jì)算流體力學(xué)CFD技術(shù)來(lái)對(duì)水輪機(jī)的內(nèi)部流動(dòng)特性進(jìn)行模擬從而能夠有效的研究水輪機(jī)內(nèi)部各個(gè)過(guò)流部件以及整體的各項(xiàng)指標(biāo)。
如今，本實(shí)驗(yàn)所涉及的軸流式水輪機(jī)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(lái)發(fā)展的一種趨勢(shì)，高比轉(zhuǎn)速軸流式水輪機(jī)就目前而言的確仍然存在許多需要改進(jìn)的地方和亟待解決的問(wèn)題。
本文采取計(jì)算流體力學(xué)CFD的方法對(duì)本實(shí)驗(yàn)高比轉(zhuǎn)速軸流式水輪機(jī)進(jìn)行了數(shù)值模擬，根據(jù)CFD計(jì)算的計(jì)算結(jié)果對(duì)其內(nèi)部過(guò)流部件和流道等進(jìn)行一定的優(yōu)化設(shè)計(jì)，研究流動(dòng)特性。
主要研究?jī)?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(jī)的三維模型，并進(jìn)行數(shù)值模擬，研究其流動(dòng)特性。
（2） 根據(jù)數(shù)值模擬和相似原理，確定設(shè)計(jì)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(gè)數(shù)對(duì)轉(zhuǎn)輪性能的影響。設(shè)計(jì)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(gè)數(shù)，查看對(duì)水輪機(jī)性能的影響，得出了最佳的水輪機(jī)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(gè)數(shù)為24時(shí)的水輪機(jī)效率最高。
（5） 保持模型水輪機(jī)處于最優(yōu)轉(zhuǎn)速，使不同葉片相對(duì)安放角對(duì)應(yīng)不同導(dǎo)葉相對(duì)轉(zhuǎn)角，模擬水頭在7m~16m變化時(shí)水輪機(jī)的流量及出力變化，并用AutoCAD繪制其不同葉片安裝角時(shí)裝置的運(yùn)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(jī)；高比轉(zhuǎn)速；數(shù)值模擬；優(yōu)化設(shè)計(jì)；流動(dòng)特性