基于流體工程仿真計算的水輪機設(shè)

時間：2020-01-05作者：重慶萬達包裝制造有限公司瀏覽：696

   水輪發(fā)電機組的性能優(yōu)越與否，主要取決于3個要素：機組的穩(wěn)定性；運行的效率；空化性能的好壞。決定這3個因素的關(guān)鍵是機組內(nèi)部的流態(tài)狀況，若內(nèi)部流體運 動規(guī)律不理想，產(chǎn)生負(fù)壓、叫流的地方較多，會讓零件的氣蝕破壞程度增加，機組的振動頻率加大，使得檢修的次數(shù)增加，縮短使用壽命。因此，在水輪機設(shè)計的前 期工作中，能否準(zhǔn)確地把搌內(nèi)部流場狀況，對確定機組過流部件的合理尺寸、工藝改進、材料的選用以及機組的運行穩(wěn)定件等，具有指導(dǎo)件的意義。所以，產(chǎn)品設(shè)計 前期，對水輪機的內(nèi)部流場模擬仿真十分必要。鑒此，本文介紹了水輪機內(nèi)部流暢模擬的具體流程，并對混流式機組的過流部件之一——導(dǎo)水機構(gòu)進行數(shù)值模擬，以 說明流體工
程仿真對于水輪機設(shè)計的重要件。
1  水輪機流場模擬流程
    對水輪機內(nèi)部流場的模擬，主要是指通過計算機技術(shù)，離散控制方程的方式進行數(shù)值計算。最后，以圖像顯示的形式，描述內(nèi)部流體的物理現(xiàn)象。其操作的具體步驟 主要分為：建立水輪機過流部件的內(nèi)部流場模型；對模型進行網(wǎng)格劃分；選擇湍流模型；設(shè)置邊界條件；計算結(jié)果顯示。以下針對每一個環(huán)節(jié)進行說明：
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    1、)內(nèi)部流場模型的構(gòu)建。主要是根據(jù)機組運行時所處的某一特定工況下，它的過流部件所處于的理論狀態(tài)(如小流量工況下，導(dǎo)葉的開度值、轉(zhuǎn)輪的轉(zhuǎn)速等、)，通過不同的表征參數(shù)，建立內(nèi)部流體的模型。
    2、)網(wǎng)格劃分。網(wǎng)格是流場模擬計算的載體，對建立好的模型劃分計算網(wǎng)格，是數(shù)值計算的較關(guān)鍵一步，也是工作量較大的一個步驟。具體對水輪機而言，過流部 件人多是復(fù)雜的、非規(guī)則的自由曲面(如尾水管、葉片等)，因此，在網(wǎng)格的劃分上，也存在一定的難度，為提高網(wǎng)格生成的質(zhì)量，**計算精度，本文結(jié)合過往分 析經(jīng)驗，采用六面體非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格作為劃分方式。

    3)湍流模型的選擇。對于人多流體機械而言，其內(nèi)部流體的流動方式皆為湍流狀態(tài)，水輪機也是如此。因此在網(wǎng)格劃分完畢之后，需要選擇湍流模型。傳統(tǒng)的流體 機械仿真，人多選用k-ε雙方程模型進行計算，其結(jié)果也基本符合實際情況。然而，由于水輪機流道存在彎曲壁面(蝸殼、尾水管、轉(zhuǎn)輪室等)，若采用上述模型 進行計算，容易出現(xiàn)失真現(xiàn)象，降低計算的精度。故本文選用k-ε雙方程模型的修正方案，即RNG kε模型，因為它有效避免了前者的弊端，對于彎曲壁面的計算，不會出現(xiàn)失真情況，能**結(jié)果的準(zhǔn)確性。

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