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哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-PAGEII--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:Hupingjin@163.com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:WangChengmin,WeiXianzhuAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpeciality:FluidMachineryandEngineeringAffliation:SchoolofEnergyScienceandEngineeringDateofOralExamination:June,2005University:HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-PAGELXXXI-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.Waterturbinethatisaenergyconversiondeviceofwaterresource,ismainlyincludetwostyle.Oneisimpulsereactionturbine,theotherisPeltonturbine.Itishighleveldevelopingofimpulsereactionturbineinourcountry.ButitisnotenoughinPeltonturbine.ThispaperismainlyaboutsimulationofnozzlewhichisonepartofPeltonturbine.Peltonturbinethathasthemeritofonvaporeroderes