高比速混流式水輪機固液兩相數(shù)值模擬.pdf

1、我國水力資源豐富，但近年來森林的砍伐與植被的破壞導致河流含沙量增大，對水輪機過流部件造成嚴重磨損。雖然水電站已采取一定的補救措施，但水輪機的性能仍受到一定影響，水輪機效率嚴重下降，電站運行成本增加，經(jīng)濟效益下降。導致水輪機磨損的因素有多種，但設計階段未能充分考慮泥沙顆粒的影響是造成在運行電站磨損的一個主要原因，因此，對于泥沙磨損的研究具有明確的理論意義和實際意義。
　　本文基于 N-S方程分別以清水和含沙水為介質對高比轉速混流式水

2、輪機進行全流道數(shù)值模擬，分析內部流動特性，掌握泥沙顆粒對過流部件的磨蝕規(guī)律。在清水工況下水輪機內部的流動特性較好，而含沙工況下水輪機效率下降明顯。為研究泥沙顆粒對水輪機性能影響，采取單一變量法。在流量和泥沙顆粒直徑不變時，隨著泥沙體積分數(shù)的增大過流部件的磨損加劇且不成線性變化，泥沙體積分數(shù)增大一定數(shù)值之后，磨損量劇增。在流量與泥沙體積分數(shù)不變的情況下，泥沙顆粒直徑的改變對過流部件磨損不能簡單定量分析，模擬結果發(fā)現(xiàn)泥沙顆粒直徑越小其與水的

3、相對速度越小，即此時泥沙顆粒以更高的速度沖擊材料表面，另外，隨著泥沙粒徑的減小，顆粒的慣性作用降低，對過流部件上部位置的沖擊更加劇烈，加劇了該區(qū)域的磨損程度，而且磨損更呈現(xiàn)出對稱性，而大直徑顆粒對轉輪、導葉等靠下位置的局部磨損更嚴重。當泥沙特性不變時，流量自小到大改變對應于河流自枯水期向豐水期過渡，對于同一臺水輪機，流量增大則過機流速增加，水輪機磨損會加劇。計算結果表明：不論是何種工況下，水輪機的磨損位置主要是蝸殼底部、蝸殼鼻端、座環(huán)、