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本文首先介绍了与水力机械CFD解析有关的若干理论问题。着重比较了各种湍流模式的优缺点及在水力机械CFD解析中的适用性。其次,针对水轮发电机组长时间工作在偏工况的特点,本文重点研究了不同工况下固定、活动导叶二重叶栅内部的流动情况及其水力损失的变化。随着计算机硬件和软件的快速发展,我们可以对水轮机做整体解析;在设定边界条件时,只需要给定蜗壳入口条件和尾水管的出口条件,而不用再做其它假设,从而减小了计算的误差。文中对同一水轮机真机的五个不同运行工况进行了整体解析,对多个不同工况下的二重叶栅内部流场进行了描述。最后定量的得到了进入转轮之前二重叶栅的损失变化,并追究了损失变化的原因。本论文得到了如下结论:
(1)小流量工况主要损失部位在于从活动导叶背压面的顶端到木端的位置,以及较为宽阔的尾流影响带;大流量工况从固定导叶的背压面开始存在损失,并一直影响到导水结构的出口,大流量工况的固定导叶尾流损失下降较快,损失也较大。
(2)最优工况下全能损失最小;随着流量增加大流量工况时全能损失呈较快增长趋势。小流量工况下随着流量的减少,全能损失呈较缓的增长趋势喉部、脱流引起的损失比例增大。
(3)小流量时导叶轴向表面动能变化较为均匀,但沿流动方向变化较大。在最优工况和大流量工况下,叶栅出口靠近下环的地方水流的动能变化较大,使得转轮在下环处难以得到较好的水流入口条件,而下环部承受着较大的能量转换任务。
(4)导叶出口环面上的压能分布,除了#5大流量工况外,各工况分布比较均匀。#5工况在导叶出口环面上变化较快较大,会引起水轮机下游部件的压力脉动。在活动导叶表面上的的压能分布,仍然是小流量工况的分布较好,#5变化较大,较为紊乱,即使是最优工况,分布也不是那么好。