混流式水轮机导水机构双叶栅分布的流场分析

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1、混流式水轮机导水机构双叶栅分布的流场分析刘福春I，张建蓉I，朱恵君2(1.昆明理工大学冶金与能源工程学院，云南昆明650093；2.中国电建集团昆明勘测设计研究院，云南昆明650011)摘要：基于N・S方程和RNGk-8紊流模型，在含沙水的条件下，用数值模拟的方法分析了固定导叶和活动导叶的相对位置关系对水轮机水力性能的影响；主要分析了五种固定导叶和活动导叶位置关系下的压力、速度分布变化趋势，验证了固定导叶和活动导叶的周向相对位置对流场存在一定的影响。并进一步对活动导叶表面的速度矢量和压力分布进行了研究。计算结果表明：在两种典型工况下，活动导叶和固定导叶周向相对位置较小时表现出良好的能量性能，但

2、是活动导叶表面上的压力和速度分布不均衡，会加剧导叶的局部磨蚀。关键词：固液两相流；双列叶栅；流场分析；设计优化FlowfieldanalysisofFrancishydraulicturbineaboudoublecascadedistributionLIUFuchun1,ZHANGJianrong1,ZHUHuijun2(1.FacultyofMetallurgicalandEnergyEngineering,KunmingUniversityofScienceandTechnology,Kunming650093,China；2.KunmingEngineeringCorporationL

3、imited,Kunming650011,China)Abstract：TherelativepositionalrelationshipbetweenthestayvanesandguidevanesisresearchedtoanalysetheimpactonthehydraulicperformanceoftheTurbinebasedonN-SequationsandRNGk-eturbulencemodelundertheconditionsofsandywaterwiththenumericalsimulationmethod・Therearemainfivekindsofthe

4、relativepositionalrelationshipbetweenthedualcascadesisusedtoanalysethetrendsofthedistributionaboutthepressureandvelocity.Therelativecircumferentialpositionsbetweenthedualcascadeshaveobviouselyeffectontheflowverified.Andthevelocityvectorandthepressuredistributiononthesurfaceoftheguidevanesarestudiedf

5、urther.Theresultsshowthatenergyperformanceisbestiflittlecircumferentialpositiondifferencesbetweenthedualcascadesintwotypicalconditions.However,thedistributionaboutthepressureandvelocityisunevenontheactivesurfaceofguidevanes,exacerbatingthelocalabrasionofthevanes・Keywords：solid-liquidtwo-phaseflow；du

6、alcascades；flowfieldanalysis；optimizationdesign1引言众所周知，在清水条件下和含沙水条件下工作的水轮机其内部流场特性有很人的差别，而Fl前水轮机的各过流部件均是按清水条件设计的，与其真实的含沙水流条件不相适应，从而导致水轮机磨损比较严重，影响正常的运行，造成巨大的经济损失⑴。混流式水轮机导水机构中固定导叶和活动导叶翼型的几何形状参数、相互间的个数配比及相对位置关系、与蜗壳及转轮和邻部件的位置和参数匹配、活动导叶转角对性能的影响等都是决定其水力性能的关键因素0。杨静等对负曲率活动导叶与

7、古I定导叶不同周向相对位置流场进行了数值模拟，得出双叶栅周向位置

8、对流场影响较大，周向相对位置相差不大时损失最小。本文对某电站混流式水轮机导水机构标准型导叶进行了研究。以期对确定双叶栅相对位置关系提供一定的参考。2计算方法和流动模型2.1水轮机的基本参数转轮肓径1.78m,额定转速为428.6r/min,比转速为230m-kW；最大水头110m,最小水头76m,额定水头90m；额定流量27.1m3/s,额定点效率92.39%；固定导叶和活动导叶数目均为24个。泥