水轮机导叶水力矩的测控方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN105653767A(43)申请公布日2016.06.08(21)申请号201510991339.7(22)申请日2015.12.27(71)申请人哈尔滨工业大学地址150001黑龙江省哈尔滨市南岗区西大直街92号(72)发明人苏文涛纪兴英李小斌秦坤涛姜晨醒韩文福贝纳玛·马西刘锦涛(74)专利代理机构哈尔滨市文洋专利代理事务所(普通合伙)23210代理人范欣(51)Int.Cl.G06F17/50(2006.01)权利要求书1页说明书8页附图5页(54)发明名称水轮机导叶水力矩的测控方法(57)摘要水轮机导叶水力矩的测控方法，具体涉及一种水轮机导叶水力矩的测控方法。本发明能够解决现有应用模型试验测试水轮机导叶水力矩存在的实验过程复杂、运行成本较高、试验测量结果偏差较大的问题。本发明中给定水轮机导叶计算域和计算边界条件，导叶水力矩的测算以边界层加密的单周期固定导叶、活动导叶和转轮为研究对象。本发明可用于水轮机导叶水力矩、水力损失和效率的计算，进而用于水轮机导水机构和接力器的设计。CN105653767ACN105653767A权利要求书1/1页1.水轮机导叶水力矩的测控方法，其特征在于：水轮机导叶水力矩按以下步骤进行测控：步骤一：将水轮机导叶计算域设定为单周期的双列叶栅与转轮的联合计算，其中，双列叶栅包括固定导叶和活动导叶；步骤二：对步骤一中的计算域进行网格划分，并对双列叶栅壁面进行边界层网格加密，将得到的计算域网格导入至数值计算软件；步骤三：在数值计算软件中给定边界条件，其中进口条件给定为质量流量进口、出口条件给定为静态平均压力出口、固壁面给定为无滑移固壁边界条件、计算域界面为周期边界条件；步骤四：应用数值分析获得模型水轮机活动导叶的流场，在此基础上计算导叶水力矩、水力损失和效率。2.根据权利要求1所述的水轮机导叶水力矩的测控方法，其特征在于：步骤一中对导叶水力矩进行计算的计算域的界定如下：单周期固定导叶、单周期活动导叶和单周期转轮。3.根据权利要求1所述的水轮机导叶水力矩的测控方法，其特征在于：步骤一中计算域网格分为固定部分和转动部分，固定导叶和活动导叶为统一的整体作为固定部分网格，转轮域作为转动部分网格。4.根据权利要求1所述的水轮机导叶水力矩的测控方法，其特征在于：步骤二中导叶壁面边界层网格加密为结构化网格。5.根据权利要求1所述的水轮机导叶水力矩的测控方法，其特征在于：步骤三中数值计算选取在水轮机最大水头对应的单位转速和单位流量进行。6.根据权利要求1所述的水轮机导叶水力矩的测控方法，其特征在于：步骤四中导叶水力矩测算，活动导叶转动中心给定在正Y轴方向，转轴Y坐标值即活动导叶分度圆半径。2CN105653767A说明书1/8页水轮机导叶水力矩的测控方法技术领域[0001]本发明涉及一种水轮机导叶水力矩的测控方法，属于水力机械研究领域。背景技术[0002]导叶主要用于调节水轮机流量，是水轮机组导水机构中最重要的铸锻件之一，能够保证水轮机具有良好的水力特性和安全性。水流作用在导叶上时，导叶的翼型及位置直接影响水压力和水力矩值，为正确选择导水机构接力器、计算导叶强度、设计导叶传动机构，必须知道导叶在各个开度的力特性。[0003]目前导叶水力矩的研究以水轮机模型试验为主要研究手段，导叶水力矩测试过程复杂、繁琐，试验周期较长，是一项费时费力的试验项目。水轮机模型导叶水力矩试验已不适于现代水力机械研究的要求。[0004]计算流体动力学(ComputationalFluidDynamics，简称CFD)是通过计算机数值计算和图像显示，对包含有流体流动和热传导等相关物理现象的系统所做的分析。随着CFD技术的完善，数值分析可以准确的模拟固定部件内部的流动情况，使得应用数值模拟计算导叶水力矩以替代水轮机导叶水力矩试验成为可能。现有研究中，数值模拟计算的水轮机导叶水力矩存在计算过程复杂、运算效率低、计算结果与试验测量偏差大的问题。发明内容[0005]本发明的目的是为了解决现有应用模型试验测试水轮机导叶水力矩存在的实验过程复杂、运行成本较高、试验测量结果偏差较大的问题，进而提供一种水轮机导叶水力矩的测控方法。[0006]本发明水轮机导叶水力矩按以下步骤进行测控：[0007]步骤一：将水轮机导叶计算域设定为单周期的双列叶栅与转轮的联合计算，其中，双列叶栅包括固定导叶和活动导叶；[0008]步骤二：对步骤一中的计算域进行网格划分，并对双列叶栅壁面进行边界层网格加密，将得到的计算域网格导入至数值计算软件；[0009]步骤三：在数值计算软件中给定边界条件，其中进口条件给定为质量流量进口、出口条件给定为静态平均压力出口、固壁面给定为无滑移固壁边界条件、计算域界面为周期边界条件