混流式水轮机上冠空腔结构内部流场及单向流固耦合分析

作者：梁武科; 黄**; 吴子娟; 董玮; 严欣; 刘云琦

来源：水利学报, 2020, 51(11): 1383-1392+1400.

DOI：10.13243/j.cnki.slxb.20200211

• 混流式水轮机
• 上冠空腔
• 间隙流动
• 流固耦合
• 模态分析

为研究上冠空腔结构对混流式水轮机水力性能与结构特性的影响,建立了不含上冠空腔结构(No Upper Crown Cavity Structure,NUCCS)和含上冠空腔结构(Upper Crown Cavity Structure,UCCS)的两种混流式水轮机全流道几何模型,基于SST湍流模型、顺序耦合法、预应力模态分析,对NUCCS与UCCS的两种混流式水轮机展开数值模拟和单向瞬态流固耦合计算,发现泄水锥处上冠空腔结构可减少转轮内部二次流动损失。在0.8Qd、Qd和1.2Qd的3种流量工况点,分别对混流式水轮机展开瞬态流固耦合计算,对比研究转轮结构的应力应变特性。研究发现含UCCS时,转轮等效应力和变形量均有减小。在小流量0.8Qd工况点,转轮结构等效应力及应变较小,其最大变形点位于下环附近。在设计流量Qd和大流量1.2Qd工况点,转轮等效应力及应变较大,其最大变形点位于上冠附近。在NUCCS与UCCS的转轮进行预应力模态分析时,发现上冠空腔结构对转轮的模态影响很小。本文研究内容可为提升混流式水轮机设计水平提供一定参考依据。

• 单位
  建筑工程学院; 西安理工大学; 西北农林科技大学