水轮机相似理论.pdf

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1、第三章水轮机的相似理论与模型试验第一节水轮机的相似理论与单位参数对水流在水轮机内的运动规律作了很多研究，获得了不少成就。实际情况十分复杂，到目前为止，尚没有完全掌握这种规律。理论分析不能十分正确地反映水流在水轮机内的运动规律，原因：引入假设条件。通过模型试验，对理论计算加以校核。近年来CFD技术在水轮机中的应用发展迅猛。对直径大于1米的水轮机来说，如进行水轮机原型实验来修正理论计算，既不经济，又非常困难、不可能实现。模型试验：在实验室条件下，将水轮机原型按比例缩小为模型，通过模型试验修正理论计算。优点：可保证制造速度快，费用低、试验测量方便且又正确，同时可以进行多个方案的试验，取其最好的

2、方案。需解决的关键技术：1、模型与原型如何保持相似？2、模型试验结果如何换算到原型？水轮机相似理论：研究水轮机模型与原型相似关系的理论。水轮机系列：水轮机的相应尺寸大小不等，但过流部件几何形状相似，成同一比例。同系列水轮机的特性参数在一定的条件下，存在着一定的相似关系。水轮机原型可以按比例缩小为模型进行研究。一、相似条件水轮机相似条件：模型与原型水轮机满足这些条件后，模型与原型中的水流流态相似，即模型水轮机中的水流运动就是原型水轮机水流运动的缩影，此时模型与原型水轮机水力性能相似，因而也有相似的工况。1、几何相似两个水轮机过流部分几何形状与表面糙度相同，并且一切相应的线性尺寸成比例。几何

3、相似实质：原型与模型水轮机主要过流部件形状应相同，只是大小不等，其中转轮形状必须相同，叶片相应的角度相等。''''11M22M''''11M22MDba100Dba1M0M0M2、运动相似两个水轮机所形成的液流，相应点处的速度同名者方向相同，大小成比例，相应的夹角相等。即相应点处的速度三角形相似一般也称其为等角工况。VuW111VuW1M1M1M11M11M3、动力相似两个水轮机所形成的液流中各相应点所受的力，数量相同、名称相同，且同名力方向一致，大小成比例。作用在液流上的力主要有压力、惯性力、粘性力和重力等，同时包括相同的边界条件。抓住主要矛

4、盾，忽略某些次要条件，待由模型换算到原型去时，再进行适当的修正。二、相似定律相似工况：同一系列水轮机保持运动相似的工况。相似定律：水轮机在相似工况下运行时，其各工作参数（如水头H、s流量、Vu转速等1r1Vu）2r之间的固定关系2。g1HVUVUsu11u22gVU;VU;UV;UVu11u221x2xVK2gHxvxs1.转速相似定律VK2gHxvxsDn1u1VuK1u1U21gH;Vus2U2;U1Vx;U2Vx60nDnD160Ku12gM1M84.6K84.6Ku1u1MHsHMsMnDnD1M1M常数HH

5、sMsM2.流量相似定律VK2gHxvxsQVFVm1Kvm12gHs0m1122FDbffbDD110011QQ0M0MK2gK2g2vm12Mvm1MDHDH1S1MMSMQQ0M0M常数22DHDH1S1MMSM3.出力相似定律N9.81QHQQ0M0M222常数QCDH/DHDH1S01S1MMSMS0jNN9.81CM9.81C23/223/2D(H)D(H)1Sj1MMsMjMNNM常数23/223/2D(H)D(H)1sj1MMsMjM三、单位参数通常规定把模型试验

6、成果都统一换算到：转轮直径D为：1m1有效水头Hη为：1ms对应有单位转速、单位流量和单位出力。nD1n单位转速11HsQQ单位流量112DH1SNN单位出力1123/2D(H)1S假定同系列水轮机的效率相同nDQN1Qn11112N1123/2HD1HD1H单位转速、单位流量第一，分别表示惯性力相似和压力相似的准则，是判别几何相似的两个同型号水轮机运行工况相似的依据。第二，利用单位转速和单位流量可作为衡量水轮机技术性能的指标。在水头和转轮直径相同的条件下，具有较大单位转速和单位流量的水轮机性能较优越。第二节水轮机效率换算与单位参数修正一、水轮机效率换算几何相似、

7、相似工况：原、模型效率并不相等原因：实验室进行水轮机模型试验时，模型与原型不可能保持完全的力学相似，雷诺数并不相等，由粘性力引起的水力摩擦相对损失在原模型中不相等。解决办法：对模型试验所得数据进行修正，从而较准确地推算出原型效率。1、最优工况下的效率修正基本假定（1）水力损失仅有粘性摩擦损失，比较符合最优工况；（2）粘性摩擦损失类似于圆管中的沿程摩擦损失。2lVHd2g（3）水轮机中的流态处于“水力光滑区”，水头损失系数仅与雷