基于CFD的贯流式水轮机叶片改型及性能研究.pdf

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1、290西安理工大学学报JournalofXi’allUniversityofTechnology(2013)Vo1．29No．3文章编号：10064710(2013)03-0290-05基于CFD的贯流式水轮机叶片改型及性能研究武桦，冯建军，吴广宽，郭鹏程，罗兴绮(西安理工大学水利水电学院，陕西西安710048)摘要：采用改型和CFD方法，对一贯流式水轮机转轮叶片进行改型优化。采用15条叶高方向从叶片头部到尾部的B样条曲线来对叶片进行参数化，通过调整B样条的控制参数来达到修改叶片几何形状的目的。结果表明，通过对叶片的改型优化，尾水管的水力损

2、失明显有所降低，水轮机在最优工况和额定工况点的效率和空化性能都有所提高。同时也对优化前后的流场进行了详细的分析和比较，模型试验的结果也验证了改型和数值仿真的正确性。关键词：贯流式水轮机；改型优化；流动特性；效率损失中图分类号：TK733．8文献标志码：ATheBladeGeometryModificationandPerformanceResearchf0rBlllbTurbineBasedonCFDwUHua，FENGJianjun，WuGuangkuan，GU0Pengcheng，LUOXingqi(FacultyofWaterReso

3、urcesandHydroelectricEngineering，Xi’anUniversityofTechnology，Xi’an710048，China)Abstract：ThegeometrymodificationandCFDmethodareadoptedtocarryoutthegeometrymodificationdesignofabulbturbinerunnerblade．The15B—Splinecurvesfromtheleadingedgetothetrailingedgeinthespandirectionare

4、usedtoparameterizethegeometryoftherunnerblade．Therefore，thebladege—ometrycanbemodifiedbychangingthecontrolparametersoftheB—Splinecurves．Theresultsofthestudyshowthat：throughthegeometrymodificationfortherunnerblade，thehydrauliclossofthedrafttubeisreducedobviously，andtheeffic

5、iencyandcavitationperformanceoftheturbineisimprovedforboththeoptimalandratedpoints．Furthermore，theflowfieldsbeforeandaftertheoptimizationareana—lyzedandcomparedindetail，andtheresultshavebeenvalidatedbymodeltests．Keywords：bulbturbine；geometrymodificationdesign；flowcharacter

6、istic；lossofefficiency贯流式水轮机流道水平布置，具有较大的过流的发展，数值模拟成为贯流式水轮机性能研究的有能力，流道内水流沿轴向呈直线流动，避免了因水流效手段。文献[1]采用CFD对灯泡贯流式水轮机全转弯所引发的水流损失，且具有较高的效率和较好流道进行流动分析，总结了各个过流部件内水力损的抗气蚀性能。在运行过程中，由于转轮叶片和活失所占的比重。文献[2]、[3]基于工程实际，对贯动导叶能随着运行工况的变化形成最优的协联关流式水轮机尾水管进行了优化设计。文献[4]～系，提高了水轮机的平均效率，扩大了运行范围。因[6]采用

7、CFX对含叶片轮缘及轮毂间隙的贯流式水此，贯流式水轮机成为开发低水头、大流量水能资源轮机流动特性进行研究，分析了间隙对水轮机性能的一种良好机型。的影响。文献[7]、[8]建立了灯泡贯流式水轮机导近年来，由于水力资源开发已经逐渐转向低水叶和桨叶全三维反问题联合设计模型，引入涡量动头水力资源，因此对贯流式水轮机运行性能的研究力学理论进行转轮性能分析和桨叶叶形优化。文献及优化也成为当今研究热点。随着计算流体动力学[9]应用数值模拟方法，采用控制来流进口速度条收稿日期：2013-05-06基金项目：国家自然科学基金资助项目(50979091)；陕西

8、省百人计划资助项目(2012)。作者简介：武桦，女，博士生，研究方向为流体机械数值仿真。E-mail：W．h@163．corn。罗兴镝，男，教授，博导，研究方向为流体机械流动理论