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《軸流轉槳式水輪機轉輪與尾水管性能優(yōu)化研究》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內容在學術論文-天天文庫。
1、西安理工大學碩士學位論文卡普蘭提出的一種轉輪帶有外輪環(huán)，葉片固定的螺槳式水輪機，這種水輪機把轉輪移到軸向位置，大大減少了葉片數，因而過流量加大，轉速也提高了。1916年卡普蘭又提出取消外輪環(huán)，并采用使葉片轉動的機構，進一步提高過流量和平均效率。經過不斷完善形成現代的軸流轉槳式水輪機。從1750---,1880年間一百多年，水輪機從低級發(fā)展成比較完善的現代水輪機，這是社會生產發(fā)展和人類共同努力的結果，這個時期主要解決了加大水輪機的過流量和提高水輪機效率兩方面的問題?，F代水輪機發(fā)展的趨勢是提高單機容量，比轉速和應用水頭。提高單機容量可以降低水輪機單位容量的造價。提高水輪機比轉速可以增大
2、機組的過流能力，使水輪發(fā)電機體積小，重量輕，節(jié)省金屬材料和制造工時，從而降低了成本，尤其對大容量的機組更有很大好處。在計算機還不發(fā)達的五、六十年代，水輪機的設計基礎多為一元理論和二元理論方法。目前，國內水力機械行業(yè)在工程設計時，有時仍然采用這些方法，由圓柱層無關假設，使軸流式轉輪的設計轉換成平面直列葉柵來進行的。七十年代以后，水輪機內部的三維流動分析有了很大的發(fā)展，它已經成為了水輪機各過流部件水力設計和性能優(yōu)化的重要輔助工具。隨著技術的不斷進步和客戶要求的逐漸提高，對水輪機各方面綜合性能的要求也越來越高，傳統的設計方法越來越難以滿足發(fā)展的需要，優(yōu)化設計和三維反問題計算等先進的計算方
3、法越來越受到重視。水力機械轉輪是水輪機的核心部件，轉輪葉片的好壞直接決定了水輪機性能的好壞。轉輪的設計大多采用二維或三維設計方法，實際上，水力機械轉輪內部的流動是復雜的三維非定常粘性流動，各流面間流動相互作用相互影響，故而水力機械轉輪設計的合理方法是全三維反問題計算方法。全三維反問題的計算方法主要包括奇點分布法、兩類相對流面法、空間擬流函數法和三維非定常歐拉方程法等。在轉輪葉片優(yōu)化方面，有非常多的科研成果值得我們學習。劉虎【2J等人在全三維反問題計算與遺傳算法的基礎上，提出了一種軸流式水輪機轉輪的設計方法，并結合小生境遺傳算法對軸流式轉輪葉片進行了優(yōu)化，得到了更為理想的葉片。劉勝柱
4、【3】等人基于N．S方程和標準k．s紊流模型，模擬并分析了混流式水輪機活動導葉和轉輪的匹配關系，通過對3種不同比轉速水輪機的計算及分析，得出了導葉出流狀況和轉輪進口流動狀況的一些規(guī)律。同年，他們【4】又在CFD數值模擬的基礎上提出了葉片進出口邊外延的改型方法，并通過數值實驗證明了該方法的有效性。他【5】還提出了一種混流式水輪機流線改型方法，并且經過試驗驗證，該程序設計出的轉輪性能優(yōu)異，是一種理想的改型設計軟件。陳鐵161等人提出了一種軸流式葉輪機械葉片型線的設計方法，選用雙三階多項式曲線擬合葉型中弧線和葉型厚度，用12個參數來反映葉型中弧線和葉片厚度特征。設計者可以通過調整這12個
5、參數，得到光滑的葉型。第一章緒論賴喜德【_7】針對混流式轉輪水力設計中的一些具體間題，綜合參考氣體透平機械和平面葉柵的優(yōu)化設計方面的研究成果，結合混流式轉輪的流動特點，建立了一套較為完整的混流式轉輪葉片的優(yōu)化設計數學模型，使混流式水輪機轉輪葉片在回轉流面上的葉型優(yōu)化設計問題歸結為非線性規(guī)劃問題的最優(yōu)化解。鄭小波【8】等人采用流固耦合技術對軸流式葉片進行了振動特性分析。文章中分別計算葉片在空氣中和水中的固有頻率，比較了二者的差別，分析了葉片在水中的振型。結果表明，葉片在水中的各階固有頻率較其在空氣中均有所降低。從上述文獻中可以看出，對軸流式葉片的優(yōu)化大多局限在提高轉輪室的水力性能，并
6、沒有將轉輪出口處流場對尾水管內部流態(tài)的影響列入考慮的范圍。而在工程應用領域，我們更多的是追求水輪機的整體性能最優(yōu)，各過流部件本身的性能固然是重要的一方面，但是各過流部件的匹配同樣是不可忽視的一部分。因此單單提升轉輪室的效率顯然不能滿足實際的需要。隨著國民經濟發(fā)展和科學技術的進步，水電站單機容量愈來愈大。挖掘機組段內部潛力，包括減少尾水管水能損失，提高尾水管回收效率愈來愈被人們所重視。尾水管斷面呈現擴散的幾何形狀特性，彎肘型尾水管內部主流方向要發(fā)生90。的轉向，這些決定了尾水管來流為旋流、負壓梯度的特點，并且在某些運行工況下，流場內部會出現嚴重的二次流。這些復雜的流動特性給尾水管設計
7、造成了十分大的困難，也給數值模擬提出了相當大的挑戰(zhàn)。在尾水管研究方面，許多科研工作者付出了艱辛的努力。1999年在瑞典召開了水輪機尾水管專題國際研討會，使人們更為清楚地認識到了尾水管的內部流場的復雜性【l¨。這種復雜性涉及很多方面，如水輪機轉輪出口流態(tài)的不穩(wěn)定，尾水管幾何形狀的復雜性，有粘流動數值計算的困難程度等。研討會取得的成果對于CFD技術的發(fā)展及其在尾水管內部流場數值模擬計算方面的應用起到了有益的作用，也說明了更加深入的研究對于尾水管的設計優(yōu)化和性能預測具有非常
