水轮机内部流动分析与性能优化研究

本文混流式水轮机部分是在国家自然科学基金重点项目《巨型混流式水轮机组振动与稳定性研究》(90410019)资助下完成。轴流式水轮机部分是在国家自然科学基金项目《水轮机间隙流动的试验和数值模拟研究》(50379044)资助下完成。本文对水轮机内部流动分析及性能优化进行了系统研究,并进行了试验验证,主要成果有: 本文根据水轮机通流部件几何形状的特点,采用拼接式多块网格技术,建立了网格块划分的拓扑方法,采用代数方法实现水轮机通流部件网格生成,能够快速实现全包角蜗壳、半蜗壳、导叶、混流式转轮、轴流式转轮、尾水管的高质量结构化网格生成。 提出了混流式水轮机转轮叶片进出水边外延方法和水轮机叶片参数样条曲面改型方法。建立了叶片改型与CFD分析的关系,并成功应用于三峡右岸等多个重点工程的水轮机研发。 通过水轮机各通流部件的数值模拟,改进了水轮机各通流部件的整体性能。采用k-ε模型数值模拟,得到了水轮机的数值效率,通过试验对比,混流式水轮机的数值效率在设计点附近与试验值具有很好的吻合,而远离设计工况计算结果偏差加大。 提出了在CFD分析中通过转轮出口环量控制改善压力脉动的方法,并成功解决了重大工程三峡水轮机模型试验中出现的高部分负荷压力脉动问题;通过性能优化,全面提高了三峡右岸水轮机的水力性能,使三峡右岸水轮机与左岸相比不仅效