冲击式水轮机喷嘴CFD优化设计.doc

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-II--0图书分类号：TK735+.1U.D.C.:621.224.1.6工学硕士学位论文冲击式水轮机喷嘴CFD优化设计硕士研究生：胡平金电子信箱：[e-mail]导师：王成敏副教授副导师：魏显著博士申请学位：工学硕士学科、专业：流体机械与工程系所在单位：能源科学与工程学院答辩日期：2005年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex：TK735+.1U.D.C.:621.224.1.6ADissertationfortheDegreeofM.Eng.HYDRAULICOPTIMIZATIONDESIGNWITHCFDANALYSISMETHODABOUTTHENOZZELOFPELTONTURBINECandidate：HuPingjinSupervisor：WangChengminWeiXianzhuAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：FluidMachineryandEngineeringAffliation:SchoolofEnergyScienceandEngineeringDateofOralExamination：June2005University：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-II-摘要我国是个水资源丰富的国家。作为利用水资源的能量转换设备水轮机主要分为两种类型一种是反击式水轮机另一种是冲击式水轮机。国内反击式水轮机已经发展到相当高的水平但对冲击式水轮机的研究尚显不够本课题就其部件之一喷嘴的能量指标而对喷嘴进行了数值模拟。冲击式水轮机具有高水头没有汽蚀条件条件的限制调节系统比较简单运行操作方便等优点广泛应用于高水头水电站中。本文分析了冲击式水轮机的工作原理、能量损失和参数选择其中着重分析了喷嘴的结构、工作原理和影响因素；分别介绍了流场分析软件Fluent的计算原理和软件结构其中重点介绍了其计算原理从计算流体力学的角度再现了CFD软件的工作过程及其优缺点；通过以上两方面的理解为喷嘴的数值模拟的进一步工作打下基础。根据喷嘴的结构编写小程序对喷嘴进行了几何建模;并根据喷嘴的工作原理和Fluent的流场计算原理对喷嘴进行了数学建模;然后根据其几何模型和数学模型对喷嘴进行了数值模拟。在计算模型选择上本课题选择二维轴对称粘性两相流模型；在边界条件的给定上借鉴了哈尔滨电机厂的实验数据。针对喷嘴两相流后处理编写了后处理程序应用于喷嘴效率的计算并通过与传统的方法对比发现编写的后处理程序计算的喷嘴效率精度明显提高。通过对喷嘴效率的对比计算发现喷嘴角度在90度附近达到一个极大值。对喷针表面静压力分析发现其静压力并不是沿喷针表面平稳下降的而在喷针头达到一个极大值并由此受到启发分析了喷嘴效率随压力相对行程的关系。最后总结分析了喷嘴流量计算公式改进了流量系数得出流量系数是喷针相对行程的三次函数。关键字：喷嘴效率；流场计算；喷嘴流量公式；喷嘴优化设计AbstractItisabundanceinwaterresourceinourhomeland.Waterturbinethatisaenergyconversiondeviceofwaterresourceismainlyincludetwostyle.OneisimpulsereactionturbinetheotherisPeltonturbine.Itishighleveldevelopingofimpulsereactionturbineinourcountry.ButitisnotenoughinPeltonturbine.ThispaperismainlyaboutsimulationofnozzlewhichisonepartofPeltonturbine.Peltonturbinethathasthemeritofonvaporeroderestrictinhighwaterheadsimplenessinadjustsystemconvenienceinrunningetc.hasusedgenerallyinhighlevelwaterandelectricitysate.Itanalysesworkprincipleenergylo