大型水斗式水轮机配水环管内部流场数值模拟

《大型水斗式水轮机配水环管内部流场数值模拟》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、大型水斗式水轮机配水环管内部流场数值模拟左潞陈创新郑源（河海大学水利水电工程学院，江苏南京，210098）摘要：结合我国西南某大型水电站水斗式水轮机配水环管，应用Pro/E三维设计软件进行几何建模，以FLUENT软件为计算平台，采用雷诺时均方程及标准κ-ε湍流模型，对计算区域进行非结构化网络划分；采用有限体积法、一阶迎风格式进行控制方程进行离散，运用SIMPLEC算法对离散方程进行求解，对大型水斗式水轮机配水环管内部流场进行了三维定常不可压湍流模拟研究。并针对实际的运行情况，模拟了配水环管六个出水口的不同组合方案，得到了能量性能最优的组合方案。关键词

2、：水斗式水轮机、配水环管、喷嘴、数值模拟NumericalSimulationwiththeDistributorofLarge-ScalePeltonTurbineZuoLuChenChuangxinZhengYuan(CollegeofWaterConservancyandHydropowerEngineeringHohaiUniversity,Nanjing,210098,China)Abstract:Basedonlarge-scalepeltonturbineofwaterpowerstationinSouthwest,thegeometr

3、icalmodelofdistributorofpeltonturbinewasbyPro/E,athree-dimensionalmodelbuildingsoftware.TakingFLUENTsoftwareasnumericalsimulationplatform,theflowfieldindistributorofpeltonturbinewasdetermind.AschemewasusedinthispaperwithReynolds-AveragedNavier-Stokesequationandstandardκ-εmodel.

4、Thecontrolequationsweretreatedwithbymeansoffinitevolumescheme,first-orderupwindschemeandmadeadiscretizationusingSIMPLECalgorithm.Thusthefollowingresultscanbeachievedwiththenumericalsimulationonthreedimensionalsteadyincompressibleturbulentflowfields.Accordingtoactualoperatingcon

5、ditionsofpowerplant,thesimulationwiththedifferentcombinationplansof6outletsisbedone,attainenergyoptimumKeywords:Peltonturbine,Distributor,nozzle,numericalsimulation1．前言近年来，随着流体动力学数值求解技术和计算机软硬件技术的发展，水力机械内部三维湍流场的研究有了长足的进展，我国在反击式水轮机方面的研究积累了丰富的经验，某些领域达了国际先进水平，而对水头式水轮机的研究却远远落后于国外先进水

6、平[1、2]。随着我国西部大开发战略的实施，为了开发西部高水头的水力资源，对水斗式水轮机的研究显得迫在眉睫。总结国内外研究成果，大部分都是关注水斗式水轮机的射流和转轮斗叶方面的研究，而针对水斗式水轮机配水环管的研究成果较少。配水环管在冲击式电站中的作用相当于混流式电站的蜗壳，使得水流在进入喷嘴之前均匀的分配给喷嘴。配水环管对水轮机效率由较大的影响，尽管其本身的水力损失很小，但是它的设计优劣将影响喷嘴射流的质量，设计不好的配水环管由于其复杂的流道，将形成强烈的湍流，造成在喷嘴入口处不均匀的流场，从而使得射流组织紊乱。优化配水环管的结构，不仅可以减少其内

7、部水力损失，还能优化射流质量。因此对冲击式电站水斗式水轮机的配水环管进行流场数值模拟是十分重要的。7本文结合四川冶勒高水头电站水斗式水轮机，对其配水环管进行了数值模拟。冶勒水电站位于大渡河一级支流——楠桠河上，电站设计水头580m。电站厂房安装两台立轴水头式水轮发电机组，过机流量为23.62m3/s，单机容量120MW，总装机容量240MW，是目前我国最大的冲击式水轮发电机组。2．数学模型2.1模拟控制域网格配水环管在分岔管处的结构并不是围绕着中轴线对称，所以无法对其进行二维模拟。Pro/ENGINEER是当今最普及的三维CAD/CAM系统之一[3]

8、，本文运用它进行模型的建造，图形尺寸来源于四川冶勒电站的AUTOCAD施工图纸。采用对配水环管内部进行三维的