基于CFD的混流式水轮机固-液两相流场计算分析

来源 :华北水利水电大学 | 被引量 : 6次 | 上传用户:pan07631014
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由于我国部分地区植被破坏严重,大多数河流都含泥沙较多.在当今投入生产的水电站的水轮机中,多数是按照纯水环境进行设计,当水流中含有泥沙时,水轮机运行工况会产生不同于清水的情况,泥沙太多会使水轮机甚至遭到损毁.评价水轮机性能好坏往往从效率、空化、稳定性这三个方面看,而它们又由水轮机内部的三维湍流流动决定,而含沙水流运动实际上可视为固一液两相流动,研究内部固—液两相流动特性可以准确把握水轮机状况.  如今计算机技术与计算流体动力学的进步迅猛,在水轮机内部流动特性分析这方面已经有某些数值模拟软件能够适用.本文选择混流式水轮机作为研究对象,通过Fluent软件研究混流式水轮机内部固一液两相流动特性.蜗壳、座环、导叶、转轮以及尾水管是混流式水轮机的过流部件.其中,转轮为水轮机的核心部件,通过带动发电机转动来达到转换能量的目的,与导水机构以及尾水管构成动静干涉,相互影响.所以对水轮机流道做固一液两相流数值模拟,能有效帮助实际生产.为了了解并明晰水轮机内部固一液两相流动特征,本文以全流道对单相清水介质使用k-ε模型,以及对具备颗粒相的固一液两相介质选用欧拉模型计算.通过对比两种介质下水轮机内部流动特性,为实际生产提供的建议.本文主要工作具体如下:  1、Pro/E三维建模软件对水轮机全流道进行三维建模,并且使用Fluent的前处理软件ICEM划分水轮机全流道计算域网格.  2、以清水介质为例,对数值计算模型的选取、边界条件和材料的定义、转动区域的处理方式、求解方法和离散格式的选择进行阐述.对固—液两相介质,着重论述了数值计算条件设置的特殊之处.  3、清水介质条件下,采用标准k-ε模型分别在六个工况下对水轮机全流道进行三维流场计算.  4、对于固—液两相介质,多相流模型使用欧拉模型,湍流使用k-ε混合模型,在固定颗粒直径以及体积浓度的条件下分别在六个工况下对水轮机全流道进行流场计算.  5、通过对比两种不同介质下不同工况的流场计算结果,找出流动规律.
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