灯泡贯流式水轮机转轮内流场的研究.pdf

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1、第27卷第1期2014年1月机电产品开发与召·)新Developnleni＆1nnovaIi(ⅢofMa(。hin9ry＆ElecIrit’alProdu【1tsVoI．27．NO．1Jan．．2014文章编号：l002—6673(2014)01一073—03灯泡贯流式水轮机转轮内流场的研究马希青1．陈明辉1，孙聪2(1．河北工程大学机电学院，河北邯郸056038；2．华北电力大学电气与电子工程学院，河北保定071000)摘要：基于环形叶栅理论建立转轮叶片三维模型。采用FLuENT软件对转轮叶片进行了三维定常湍流计算．数值模拟了转轮内部三维湍流流场，得到了叶片表

2、面压力云图、速度矢量图和叶片进出口边附近压力分布图．并估算出水轮机水力效率：结果表明采用环形叶栅理论建立的贯流式水轮机叶片具有可行性。关键词：水轮机转轮；环形叶栅；FLUENT中图分类号：TK73文献标识码：Adoi：10．3969，i．issn．1002—6673．2014．01．027StudvonFlOwFieldofBulbTurbineRunnerMAXi—QtlI窖．CHENMtR营一Ht‘≯．SUNCon营(1CoUcgeofMechanicalandElectrical，HebeiUniversicyofEn画neering，HandanHebe

3、i()56()38，Chilla；2．CoUegeofElectricalandE1ectronicEngineedng，NorthChinaElectricPowerUniVersicy，BaodingHebei《171()(1()，China)Abstract：Thethree—dinlensionalnlodelbasedonchetheorVofrunnerbladeannularcascade．Therunnerbladeofchethree—dilnensionalsteadycurbulentnowissimulatedbyusingFLUENTs

4、of；ware．ItisnearthepressuredistributionofimportandexPortofbladesu而cepres—surecontoursvelocicyvectorandthebladeandtheescinlatlonofthewaterturbinehydraulice佑ciencyThcresultsshowthactheestablish—nlentoftheannularcascadetheoryofcrossnowwiththef叠asibilityofcurbinebladeKeywords：hydraulictu

5、rbinerunner；theannularcascade；FLUENT0引言贯流式水轮机因其应用水头低、高效区宽等优势与特点，是开发低水头水能资源的最佳与首选机型，如兰州的柴家峡水电站、尼娜水电站、知港拉卡水电站以及黄河干流上的沙波头等水电站均采用的是这种机型⋯。近年来．随着计算机及CFD技术的迅速发展，对水轮机内部的三维粘性流动进行数值模拟研究已成为关注的重点俐。朱多彪㈩等借助计算流体力学方法，对贯流式水轮机转轮流场进行了数值模拟和性能预测，并将轴流式水轮机性能参数与按相似规律计算的贯流式水轮机装置性能参数进行对比分析。马桂超【5】等基于cFx软件对?昆流泵

6、转轮叶片不同流量工况下进行数值计算，并绘制了泵的流量与效碍夏关系曲线．鉴此，本文基于环形叶栅理论设计了贯流式水轮机叶片．并基于FLUENT对叶片进修稿日期：2013—10—23作者简介：马希青(1963一)，男，河北故城人，教授。研究方1向：机械制图与CAD；通讯作者：陈明辉(1986一)，男，河北新河人，在读研究生。行了三维湍流数值模拟。探讨了该设计方法的可行性。1模型建立环形叶栅理论有两个假设．其中基本假设为圆柱层无关性假设，水流在半径方向速度为零，则可将叶片简化成N个柱面形成的环形叶栅来计算，每个展开的叶栅中含有等叶片数的叶型，对上缘异面叶型单独列出，对扭

7、曲的三维叶片设计转化为成熟的二维设计理论；补充假设为转轮叶片数稀少、叶栅中液体的绕流接近于单个翼型的绕流、栅中叶型相互作用对绕流特性影响很小，则贯流流式叶栅中的每个叶型可视为独立的，并应用测得的单个叶型动力特性来设计叶片。通过设计的三维模型转轮名义直径几何比换算得到水轮机数值装置模型尺寸。进行数值计算和流场模拟时主要采用的参数为：转轮叶片数为3片，叶轮额定转速额定为88．3r／min，额定流量为290m3／s。本模型采用CAD软件对叶型进行修整，应用Pm，E软件造型和ICEM软件四面体非结构化网格进行划分，转轮室、轮毂、叶片计算网格数分别为81716、60085

8、、255032个，网格质