高比轉(zhuǎn)速軸流式水輪機(jī)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(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)化中能夠使用計算流體力學(xué)CFD技術(shù)來對水輪機(jī)的內(nèi)部流動特性進(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(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。作為未來發(fā)展的一種趨勢，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(jī)進(jìn)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(jìn)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(jī)的三維模型，并進(jìn)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(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)葉個數(shù)為24時的水輪機(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(jī)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(jī)；高比轉(zhuǎn)速；數(shù)值模擬；優(yōu)化設(shè)計；流動特性