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《基于雷诺应力微分模型模拟轴流式水轮机轮缘间隙流动》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。
1、第41卷第5期机械工程学报VO1.41N0.52005年5月CHINESEJOURNALOFMECHANICALENGINEERINGMay2005基于雷诺应力微分模型模拟轴流式,卜为吞去n为人奋息左刀R含之二书*右水靶耐L撇琢}刊隙况动廖伟丽许联峰刘胜柱(西安理工大学水利水电学院西安71048)摘要:N一S、、,基于平均方程采用雷诺应力微分模型非结构化网格技术对轴流转桨式水轮机转轮轮缘间隙的三维湍流流动进行数值模拟。重点分析了不同工况下轴流水轮机轮缘间隙内部、叶片表面和轮缘间隙泄漏流动的流速分布规律。结果表明,通过间隙的泄漏流动不是单一的流动型
2、式,按泄漏流动的流动方向不同可划分为(I、n、、:,,,;mW)四个区域I区为叶片进水边靠头部的轮缘区不同工况下即可能出现在正面也可能出现在背面n;m区为叶片轮缘部中间隙泄漏流动的流动方向转向背区为叶片轮缘中部间隙泄漏流动的流动方向改变的起始区;。,、,面W区为叶片出水边靠尾部的轮缘出口尾涡区在此基础上深入的研究了泄漏流动在不同区域产生发展泄漏涡与主流的相互作用所产生的二次流动的机理。揭示了轴流式水轮机轮缘缝隙内流动规律。计算结果与试验相吻合,说明了轴流转桨式水轮机发生翼型外缘涡流空化,转轮室产生空化真。正原因:关键词轴流式水轮机雷诺应力微分模型
3、非结构化网格轮缘间隙流动:T中图分类号K730.2轴,流式水轮机的复杂流域的湍流进行研究主要研前言究了顶隙的流动损失。参考文献[4,5]电研究并得。出了导叶间隙内部流动的规律,,一、由于轴流转桨水轮机转轮旋转与转轮室固定在此基础上基于平均NS方程在动量方程部件之,间存在相互运动必然在转轮叶片的轮缘处的源项中通过施加哥式力和向心力来考虑转轮旋转,,与转轮室之间有一定的间隙使得轴流式水轮机的的作用与影响对旋转的轴流式水轮机含转轮轮缘。气蚀破坏以间隙气蚀最为突出从电站运行的实际间隙流动进行数值模拟。采用雷诺应力微分模型,情,、、,,况调查表明在叶片的正
4、背面轮缘头部转轮室在网格划分上采用非结构化网格对叶片头部和,,叶片外缘和转轮体等局部遭到严重的气蚀破坏严尾部以及间隙内部的流动等复杂几何形状处进行,。。重影响了电站的安全运行成为巫待解决的问题了特殊处理主要研究不同工况下转轮轮缘间隙流.,通常轮缘间隙的大小为01%的转轮直径这样就动与泄漏涡的产生、发展。从而提高人们对水轮机使得,,间隙泄漏流动和泄漏涡的产生是不可避免的内部流动规律的认识为轴流式水轮机安全运行和它与轮毅的粘性作用形成了水力机械内复杂的涡设计出性能优良的轴流式水轮机提供依据。系。由于轴流式水轮机轮缘间隙内的流动过于复杂,在,,研究中需
5、要考虑旋转和动静边界的影响测试数值模拟,中存在一定的困难等原因使得对轴流式水轮机轮。缘间隙流动研究刚刚起步,水轮机内部的流动它包括引水部件导叶的计算K.uss叩onfos等【’】在轴流式水轮机叶轮顶部Ro山域为静止的参考坐标系和转轮以角速度旋转的动,间隙内的涡流进行了试验研究中试验在自由水面,,,。坐标系考虑旋转的部分流动中在基本方程的源项中条件下完成间隙大小为3流速是实际的1/50。~加入哥式应力分量和向心力其流动的基本方程为J.A.H.Graham[2]也是在水介质来研究间隙流动(通过=o,里夕生1移动的皮带来模拟旋转机械)这两个试验都是在简
6、(),飒化的条件下进行其结果与实际电站的运行情况有、.,“‘。。,ui玛aa一定的差异在理论上H.Niisson[3]采用了助f⋯、助~一下=一l气产十)育-l一育一十OML‘)一下从cALcPMB并行多块网格和低Re数的湍流模型对—又oxjoxioxj少oxi式中p流体的密度。,国家自然科学基金资助项目(200406,—50379044)30收到初稿“‘uj流体运动的平均速度矢量20041222收到修改稿—:2005年5月廖伟丽等基于雷诺应力微分模型模拟轴流式水轮机轮缘间隙流动p压力·—、(l0),二S附加源项它包括了质量力和附加习)—力对于以
7、绕z轴角速度山的旋转参(栗考,坐标系其动量方程的源项需要式中麟=qP二g考虑哥式力的和向心力的作用影,一几Csk响则礼为附加源项定义为=一考气=or十礼sc阮(3).n,。scor=一p。‘“rotcs=0对于以上各项详见参考文献「4]Ll龟=一户,x(,xr)边界条件Sc,:计算域的确定考虑不同工况下来流的影响对“rot二“stat一山r,,5轮缘间隙大式中Sc。fg哥式力和离心力静叶片为24个导叶和转轮动叶片为sc,。—小为0.001的转轮直径轴流式水轮机进行数值模拟“rot旋转坐标系速度的量纲数—(l)进口条件通过进口条件直接求解流动尸任一
8、点相对于转动轴线的,,。—域根据求解类型可以给出进口条件另一种是半径口速度的口。给定进各个方向的分量值和进流量在旋转坐标系的总压对于不可
