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水轮机基于固液两相流长短叶片水轮机转轮三维数值模拟

收藏本文 2024-01-23 点赞:30429 浏览:135116 作者:网友投稿原创标记本站原创

摘要:我国水力资源位居世界第一位,水力发电在国民经济建设中占据十分重要的地位。然而,由于各种理由,目前国内许多河流含沙量很大,使得安装在这些河流上的水力机械磨损严重,影响到水电站的正常运转。转轮是水轮机中完成能量转换的核心部件,混流式水轮机转轮的水力设计对水轮机性能有着举足轻重的作用,在含沙水流中两相介质对转轮的磨蚀和其中的流态也有着密切的联系。由此,掌握含沙水两相流体在水轮机中的流动机理及运动规律,以而预测和减轻乃至解决水轮机转轮的磨损、空蚀不足就显得非常必要。近年来,随着计算机技术和计算流体力学的飞速进展,数值模拟以其费用低、实验周期短等优势逐步代替了物理实验,数值模拟全程在计算机上进行,不仅可以进行模型机实验,还能进行原型机实验,以而提供精确的流场探讨结果,全方位地了解流道内部流场的情况。本论文即是以混流式水轮机HLA351-LJ-170为原型机,对长短叶片结合和长叶片两种混流式水轮机转轮内部在含沙水两相流动时的内部流场进行三维数值模拟。本论文主要完成如下工作:1.根据长短叶片混流式水轮机HLA351-LJ-170实际参数,运用Pro/ENGINEER三维实体建模软件建立长短叶片结合和长叶片两种混流式水轮机转轮的三维几何模型。2.将建好水轮机转轮的三维模型导入GAMBIT软件中,根据转轮的结构特点,采取混合四面体非结构网格进行网格划分,并对边界类型和区域类型进行设置。3.运用固液两相流论述和FLUENT软件中的Eulerian模型,在含沙水两相流动状态下,对长短叶片结合和长叶片混流式水轮机转轮进行多工况数值计算,获得转轮流道内固、液两相的速度、压力以及固相浓度分布,通过对转轮内部两相流动的计算浅析以及泥沙磨损预测表明,在相同工况下,和长叶片转轮相比,长短叶片结合的转轮的流速和压力分布更合理,相同部位泥沙磨损面积更小,性能更优,这也为水力机械的设计或改型优化设计等探讨课题提供借鉴。4.通过对流体仿真软件FLUENT的利用和浅析,对数值计算的不足之处提出探讨,进行相关的进展展望。关键词:混流式水轮机论文固液两相流动论文数值模拟论文转轮论文定常计算论文

    摘要3-4

    Abstract4-9

    第一章 绪论9-14

    1.1 课题探讨的工程背景、目的及作用9-10

    1.2 水力机械内部固液两相流动国内外探讨近况及内部流动特性探讨策略10-12

    1.2.1 水力机械内部固液两相流动国内外探讨近况10-12

    1.2.2 水力机械内部流动特性的探讨策略12

    1.3 本论文主要探讨内容12-14

    第二章 CFD商业软件介绍及三维湍流流动数值计算策略14-31

    2.1 商用CFD软件介绍14-16

    2.1.1 CFD商业软件的特点及结构14-15

    2.1.2 主要CFD商业软件介绍15-16

    2.2 流动制约方程16-20

    2.2.1 动量方程16-18

    2.2.2 连续方程18-20

    2.2.3 能量方程20

    2.3 三维湍流模型20-24

    2.3.1 湍流数值模拟策略21-22

    2.3.2 湍流模型方程22-24

    2.4 三维湍流数值模拟策略24-28

    2.4.1 数值离散策略24-26

    2.4.2 流场求解策略26-28

    2.5 三维湍流数值模拟的边界条件28-29

    2.5.1 流体进口边界条件28

    2.5.2 流体出口边界条件28-29

    2.5.3 壁面条件29

    2.6 本章小结29-31

    第三章 水轮机转轮几何模型的建立与网格的生成31-44

    3.1 长短叶片水轮机概述31

    3.2 长短叶片水轮机转轮建模31-36

    3.2.1 建模工具Pro/E概述31-32

    3.2.2 物理模型的建立32-36

    3.3 网格划分36-44

    3.3.1 网格生成软件Gambit概述36-37

    3.3.2 网格类型37-39

    3.3.3 网格划分的基本原则39

    3.3.4 网格生成39-42

    3.3.5 指定边界条件及计算区域类型42-44

    第四章 水轮机转轮固液两相三维湍流数值模拟44-70

    4.1 泥沙磨损机理44-45

    4.1.1 水力机械纯泥沙磨损机理44-45

    4.1.2 汽蚀与磨损的联合作用45

    4.2 两相流模型介绍45-47

    4.2.1 混合物(Mixture)模型46

    4.2.2 VOF(Volume Of Fluid)模型46

    4.2.3 欧拉(Eulerian)模型46-47

    4.2.4 Fluent中多相流模型的选择47

    4.3 固液两相流动基本方程47-48

    4.4 转轮内部固液两相流动的数值模拟48-53

    4.4.1 准备计算网格49-51

    4.4.2 设置模型51

    4.4.3 确定计算模型51

    4.4.4 定义材料51

    4.4.5 定义边界条件51-52

    4.4.6 定义离散策略52

    4.4.7 设置相52

    4.4.8 流场的初始化和迭代计算52

    4.4.9 收敛判据52

    4.4.10 计算结果的后处理52-53

    4.5 计算结果与浅析53-70

    4.5.1 模拟计算结果53-68

    4.5.2 模拟计算结果浅析68-70

    第五章 结论与展望70-73

    5.1 结论70-71

    5.2 有着不足71

    5.2.1 FLUENT软件本身造成的缺陷71

    5.2.2 简化物理模型等造成的缺陷71

    5.3 展望71-73

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