水轮机水力设计计算机辅助设计及CFDPPT课件.ppt

水轮机计算机辅助水力设计 基于CFD水力机械水力设计一般过程水力机械转轮的计算机辅助设计 CAD 水力机械优化设计算例 1 2 基于CFD水轮机水力设计一般过程 给定设计要求及任务进行初步水力设计以及在现有的模型库中寻找与其相近的模型对现有模型在该设计要求下进行全面CFD分析 CAD CFD 改进设计 CAD CFD 全面分析新改进设计 CFD 最终给出水力设计图纸等 CAD 进一步进行模型试验 3 水轮机CAD CFD一般步骤 全流道三维建模网格划分边界条件设置CFD求解结果分析 内特性分析 外特性分析 改进设计 进一步 4 水轮机全流道 根据水轮机流道图 蜗壳单线图 固定导叶 座环 图纸 活动导叶及导叶分布图 转轮木模图 尾水管单线图 利用三维CAD软件进行三维造型 常用软件有Unigraphics pro e gambit等等 5 网格划分 利用网格划分软件对水轮机全流道进行网格的划分 常用的网格划分软件有gambit ANSYS ICEM CFD 6 7 边界条件设置 进口 出口 转动域设置 网格交接面 导入网格 8 给定全压 水头 和速度方向给定进口流量和速度方向给定进口速度 进口边界条件设置 9 给定出口压力给定出口流量给定出口速度 出口边界条件设置 10 转动域设置 给定转速参考坐标轴 11 选择湍流模型壁面函数能量方程 湍流模型 12 迭代次数收敛水平离散阶数 计算参数 13 CFD求解 14 结果分析 外特性分析 水力效率 水力损失等内特性分析 速度分布 压力分布等 通过分析 找出存在问题的根本原因 才是解决问题的关键 15 水力效率分析 16 水力损失分析 水力损失 转轮转换效率 17 速度分布 18 压力分布 19 全压分布 20 21 22 水力机械转轮的CAD设计 23 水力机械转轮的专业CAD软件 符合水力机械水力设计的特点便于叶轮的快速生成及修改各大水力机械生产厂家都开发了自己的专业转轮CAD软件 如GE公司的BLADE X等 通过通用的透平机械CAD软件 如ansys bladegen numeca design3d 24 WhatisBladeGen BladeGenisacomponentofANSYSBladeModeler TheBladeModelersoftwareisaspecialized easy to usetoolfortherapid3 Ddesignofrotatingmachinerycomponents thesoftwarecanbeusedtodesignaxial mixed flowandradialbladecomponentsinapplicationssuchaspumps compressors fans blowers turbines expanders turbochargers inducersandothers 25 MeridionalView AuxiliaryView AngleView ThicknessView 26 Z R MeridionalView Hub Shroud 进口边 出口边 27 AngleView 28 叶片型线微分方程 29 ThicknessView 30 AuxiliaryView 31 BladetoBladeView 32 33 MeridionalView AuxiliaryView AngleView ThicknessView 34 如何从木模图bladegen文件 HubShroudBlade iges 35 从BladeGen造型软件和网格划分 36 水轮机水力优化设计算例 工程背景 轴流定浆式水轮机 转轮直径1m 机组要求最大出力320kW 机组最高水头hmax 7 2m 设计水头H 6 5m 由于该机组结构设计时 原有水力设计的流道 包括固定导叶 活动导叶 尾水管 导致机组最大出力只有240kW 要求在新流道的机组上 优化设计 使最大出力达到320kW 37 1 对原有机组进行全流道CFD计算 Q 5 7m3 sH 6 5mP 204MW 水力损失 蜗壳 固定导叶 活动导叶 1 05m尾水管 1m机组装置水力效率 72 38 尾水管内速度分布 39 寻找原因 如何改进 40 转轮出口速度分布 41 固定导叶改进 42 43 转轮优化 44 改进叶