重力場(chǎng)對(duì)燈泡貫流式水輪機(jī)流場(chǎng)分析及水力性能評(píng)估的影響

1、 作者簡(jiǎn)介 吉林人 重力場(chǎng)對(duì)燈泡貫流式水輪機(jī)流場(chǎng)分析及水力性能評(píng)估的影響水利與土木工程學(xué)院 北京摘要本文采用黏性三維湍流流動(dòng)分析法 通過(guò) 計(jì)算中考慮了在不同的水頭與轉(zhuǎn)輪直徑比的情況下計(jì)算結(jié)果表明考慮重力后由于重力作用在豎直于機(jī)組軸線方向上的壓力分布不均勻葉片上作用有交變應(yīng)力 當(dāng)水頭與轉(zhuǎn)輪直徑的比值超過(guò)時(shí)重力的影響可以忽略關(guān)鍵詞重力水力性能預(yù)估 較小 德數(shù)是不同的 此時(shí)真機(jī)轉(zhuǎn)輪上空化區(qū)域的分布和發(fā)展與模型試驗(yàn)觀測(cè)到的結(jié)果就不同 等 由于直徑很 有通過(guò)三維流動(dòng)分析的方法來(lái)預(yù)估大型燈泡式水輪機(jī)中流場(chǎng)的分布情況本文將采用黏性三維湍流流動(dòng)分析的方法計(jì)算域及計(jì)算工況本文采用的三維湍流軟件基本方程由穩(wěn)定的時(shí)

2、均方程和湍流模化方程組成式中為壓力 在以固定角速度繞方程形式變?yōu)?式中 標(biāo)準(zhǔn)被定義為 標(biāo)準(zhǔn)雙方程模型中和 式中為由于平均 速度梯度引起的湍動(dòng)能 其中 取用質(zhì)量力與 燈泡貫流式水輪機(jī)裝置 燈泡貫流式水輪機(jī)裝置如圖 表示槳葉開度為在下文中 重力場(chǎng)對(duì)燈泡貫流式水輪機(jī)流場(chǎng)的影響 本文選取工況在考慮重力和未考慮重力兩種 情況下分別計(jì)算重力場(chǎng)對(duì)流速分布的影響 從表 不考慮重力時(shí)進(jìn)口斷面的平均速度為進(jìn)口斷面 的平均速度為本文在后面分析重力對(duì)燈泡貫重力場(chǎng)對(duì)壓力分布的影響 該斷面上的壓力分布規(guī)律對(duì)計(jì)算甩負(fù)荷過(guò)渡過(guò)程中壓力管道的壓力變化規(guī)律以及圖和圖 圖進(jìn)口斷面上的壓力分布 導(dǎo)葉進(jìn)口斷面上的壓力分布 水輪機(jī)進(jìn)口

3、斷面最頂端的表壓力為 斷面處的垂直距離導(dǎo)葉進(jìn)口斷面最頂端的表壓力為 相差燈泡貫流式水輪 壓 和圖 從圖每個(gè)葉片正面 考慮重力后最頂端與最底端葉片的壓力分布不相 最底端葉片正面的平均表壓 力為背面的平均表壓力為其余兩個(gè)葉片的壓力分布基本相同正面的平均表壓力為 通過(guò)上面的分析可知當(dāng)不 不存在交變應(yīng)力考慮重力后由于每個(gè)葉片承受的平均壓力不相等最底端的葉片所受的壓力最大 不同水頭與轉(zhuǎn)輪直徑比的情況下重力場(chǎng)對(duì)燈泡貫流式水輪機(jī)流場(chǎng)的影響上面的計(jì)算結(jié)果是在 本文分別選取了最小水頭和最大水頭兩種情況進(jìn)行計(jì)算來(lái)研究不同的值 這兩種情況對(duì)應(yīng)的工況分別為和 的值分別為和當(dāng) 時(shí)計(jì)算出的進(jìn)口平均速度都為值的增 和圖分別

4、示出了和 圖 與該斷面的平均表壓力而和 時(shí)值的增大 因此的值超過(guò) 的值小于 重力場(chǎng)對(duì)燈泡貫流式水輪機(jī)水力性能的影響 采用種計(jì)算工況來(lái)分析重力場(chǎng)對(duì)燈泡貫流式水輪機(jī)水 文中的試驗(yàn)數(shù)對(duì)效率的影響表 表各計(jì)算工況點(diǎn)的相對(duì)效率值工況 圖 從表 對(duì)流量的影響表 表 工況 不考慮重力流量 考慮重力流量 試驗(yàn)流量 各計(jì)算工況點(diǎn)的相對(duì)流量值 圖 重力對(duì)燈泡貫流式水輪機(jī)效率的影響 圖 重力對(duì)燈泡貫流式水輪機(jī)功率的影響 從表 中可以看出 考慮重力場(chǎng)時(shí)計(jì)算出的流量比不考慮重力場(chǎng)時(shí)要大 對(duì)功率的影響 圖 示出了重力對(duì)燈泡貫流式水輪機(jī)功率的影響 從圖 中可以看出 考慮重力場(chǎng)后所計(jì)算出的功率偏大 析可知 考慮重力后計(jì)算出的

5、流量 下的水頭 這是由于功率 這是由于重力場(chǎng)影響了 燈泡貫流式水輪機(jī)的速度場(chǎng) 使進(jìn)口斷面的平均速度比不考慮重力場(chǎng)時(shí)大的緣故 通過(guò)前面的分 兩種情況 比不考慮重力時(shí)偏大 而效率 相差不多 可認(rèn)為相等 相同 所以在考慮重力場(chǎng)的情況下計(jì)算的功率比不考慮重力場(chǎng)時(shí)大 結(jié)論 通過(guò)上面的分析可以得出 對(duì)于燈泡貫流式水輪機(jī) 考慮重力場(chǎng)后 水輪機(jī)的進(jìn)口平均速度 流量和 功率比不考慮重力場(chǎng)時(shí)大 效率差別不大 與機(jī)組軸線相垂直方向上的壓力分布不均勻 轉(zhuǎn)輪葉片承受 交變應(yīng)力 當(dāng) 較小時(shí) 流場(chǎng)分析必須考慮重力場(chǎng)的影響 當(dāng) 的值超過(guò)某一值時(shí) 重力場(chǎng)對(duì)燈 泡貫流式水輪機(jī)的流場(chǎng)影響程度減小 建議當(dāng) 參 考 文 獻(xiàn) 田樹棠 燈泡式水輪機(jī)運(yùn)行性能的分析與評(píng)判 等 大型燈泡式水輪機(jī)氣蝕特性的計(jì)算 周凌九 水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪流場(chǎng)計(jì)算及性能預(yù)測(cè) 王正偉 等 燈泡貫流式水輪機(jī)水力損失分析 東方電機(jī) 東方電機(jī) 大電機(jī)技術(shù) 北京 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué) 北京 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué) 的值大