重力场对灯泡贯流式水轮机流场分析及水力性能评估的影响

1、 作者简介 吉林人 重力场对灯泡贯流式水轮机流场分析及水力性能评估的影响水利与土木工程学院 北京摘要本文采用黏性三维湍流流动分析法 通过 计算中考虑了在不同的水头与转轮直径比的情况下计算结果表明考虑重力后由于重力作用在竖直于机组轴线方向上的压力分布不均匀叶片上作用有交变应力 当水头与转轮直径的比值超过时重力的影响可以忽略关键词重力水力性能预估 较小 德数是不同的 此时真机转轮上空化区域的分布和发展与模型试验观测到的结果就不同 等 由于直径很 有通过三维流动分析的方法来预估大型灯泡式水轮机中流场的分布情况本文将采用黏性三维湍流流动分析的方法计算域及计算工况本文采用的三维湍流软件基本方程由稳定的时

2、均方程和湍流模化方程组成式中为压力 在以固定角速度绕方程形式变为 式中 标准被定义为 标准双方程模型中和 式中为由于平均 速度梯度引起的湍动能 其中 取用质量力与 灯泡贯流式水轮机装置 灯泡贯流式水轮机装置如图 表示桨叶开度为在下文中 重力场对灯泡贯流式水轮机流场的影响 本文选取工况在考虑重力和未考虑重力两种 情况下分别计算重力场对流速分布的影响 从表 不考虑重力时进口断面的平均速度为进口断面 的平均速度为本文在后面分析重力对灯泡贯重力场对压力分布的影响 该断面上的压力分布规律对计算甩负荷过渡过程中压力管道的压力变化规律以及图和图 图进口断面上的压力分布 导叶进口断面上的压力分布 水轮机进口

3、断面最顶端的表压力为 断面处的垂直距离导叶进口断面最顶端的表压力为 相差灯泡贯流式水轮 压 和图 从图每个叶片正面 考虑重力后最顶端与最底端叶片的压力分布不相 最底端叶片正面的平均表压 力为背面的平均表压力为其余两个叶片的压力分布基本相同正面的平均表压力为 通过上面的分析可知当不 不存在交变应力考虑重力后由于每个叶片承受的平均压力不相等最底端的叶片所受的压力最大 不同水头与转轮直径比的情况下重力场对灯泡贯流式水轮机流场的影响上面的计算结果是在 本文分别选取了最小水头和最大水头两种情况进行计算来研究不同的值 这两种情况对应的工况分别为和 的值分别为和当 时计算出的进口平均速度都为值的增 和图分别

4、示出了和 图 与该断面的平均表压力而和 时值的增大 因此的值超过 的值小于 重力场对灯泡贯流式水轮机水力性能的影响 采用种计算工况来分析重力场对灯泡贯流式水轮机水 文中的试验数对效率的影响表 表各计算工况点的相对效率值工况 图 从表 对流量的影响表 表 工况 不考虑重力流量 考虑重力流量 试验流量 各计算工况点的相对流量值 图 重力对灯泡贯流式水轮机效率的影响 图 重力对灯泡贯流式水轮机功率的影响 从表 中可以看出 考虑重力场时计算出的流量比不考虑重力场时要大 对功率的影响 图 示出了重力对灯泡贯流式水轮机功率的影响 从图 中可以看出 考虑重力场后所计算出的功率偏大 析可知 考虑重力后计算出的

5、流量 下的水头 这是由于功率 这是由于重力场影响了 灯泡贯流式水轮机的速度场 使进口断面的平均速度比不考虑重力场时大的缘故 通过前面的分 两种情况 比不考虑重力时偏大 而效率 相差不多 可认为相等 相同 所以在考虑重力场的情况下计算的功率比不考虑重力场时大 结论 通过上面的分析可以得出 对于灯泡贯流式水轮机 考虑重力场后 水轮机的进口平均速度 流量和 功率比不考虑重力场时大 效率差别不大 与机组轴线相垂直方向上的压力分布不均匀 转轮叶片承受 交变应力 当 较小时 流场分析必须考虑重力场的影响 当 的值超过某一值时 重力场对灯 泡贯流式水轮机的流场影响程度减小 建议当 参 考 文 献 田树棠 灯泡式水轮机运行性能的分析与评判 等 大型灯泡式水轮机气蚀特性的计算 周凌九 水轮机转轮流场计算及性能预测 王正伟 等 灯泡贯流式水轮机水力损失分析 东方电机 东方电机 大电机技术 北京 中国农业大学 北京 中国农业大学 的值大于