1、近年來,計算流體動力學----CFD技術已日趨成熟,它在水輪機的模型開發(fā)研究和內部流場分析方面的應用越來越廣泛。CFD數值模擬能夠較準確地獲得水輪機內部流場分布及各過流部件內部流動狀態(tài)信息,為研究水輪機水力模型的水力性能提供了技術支撐,是成功設計出高性能水輪機模型和對現有水輪機進行優(yōu)化的有效手段。轉輪是水輪機的關鍵部件,它直接將水流能量轉換為旋轉的機械能。轉輪設計的好壞對水輪機的過流能力、水力效率、汽蝕性能、工作穩(wěn)定性及對變工況的適應性

2、等有很大影響,直接關系到整個機組能否滿足工作要求,能否把水能充分地利用起來。而具有長短葉片的混流式水輪機,當其在轉速、流量和水頭相匹配的情況下,具有使用水頭范圍廣、高效率區(qū)寬、出力大、運行平穩(wěn)、空化性能好等優(yōu)點,能在很大程度上解決中高水頭機組的效率、空化、磨損以及振動等諸多難題,具有極其廣闊的應用前景和潛力。為此,開發(fā)出性能優(yōu)良的中高水頭混流式水輪機復合轉輪,能更加充分、有效地利用水力資源,把潛在的資源優(yōu)勢轉化成經濟效益和社會效益,具有

3、一定的學術價值和現實意義。根據我國西部水力資源落差較大的特點,本文針對180m-220m水頭段的混流式水輪機復合轉輪進行設計與優(yōu)化,運用CFD流場仿真技術對混流式水輪機的內部流動進行探討研究,最終開發(fā)出一個性能優(yōu)良的混流式水輪機復合轉輪的水力模型方案。
　　 本研究主要內容包括：⑴參照水頭和比轉速相近、性能優(yōu)良的已有轉輪水力模型的幾何參數,采用ω=0的二元理論設計方法,對適用于180m-220m水頭段混流式水輪機復合轉輪進行水力

4、設計,得到了復合式轉輪的長葉片翼型,并在此基礎上應用長短葉片包角不同的原理,設計出了短葉片翼型;同時對其它過流部件進行了水力設計計算。⑵借助Pro/E對已設計出的混流式水輪機復合轉輪進行全流道三維實體造型;用ICEM對實體造型劃分網格,并解決了網格劃分階段易出現有洞的問題。對初始設計的水力模型方案進行數值模擬,通過分析數值模擬的結果對相關部件的幾何尺寸做了修整和改進。⑶基于數理統(tǒng)計和正交理論,對影響復合式轉輪短葉片設計的葉片數目、長短葉

5、片包角比值以及周向偏置角度三個因素,根據各因素不同水平條件,運用正交試驗的方法設計了三因素四水平的16種不同短葉片型式的復合式轉輪方案,并對L16(43)正交方案的數值模擬結果進行極差分析,得出各因素水平對水輪機性能影響的主次順序;從而確定出水輪機性能最優(yōu)時長短葉片數目,短葉片周向偏置角度和長短葉片的包角比值的最佳組合方案。⑷對匹配最佳的復合轉輪水輪機的大流量工況、設計工況、小流量工況進行模擬分析,得到各過流部件內部詳細流動信息,結果表