【導(dǎo)讀】周期導(dǎo)葉內(nèi)部流動的CFD分析。結(jié)構(gòu)設(shè)計方面是以劉家峽水電站的2號機組為設(shè)計對象。第一部分是根據(jù)給定的。機的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計，第三部分是對導(dǎo)水機構(gòu)進行設(shè)計。一點的速度，壓力和流線分布。本次設(shè)計主要采用AutoCAD和CFD軟件繪圖。行業(yè)得到蓬勃的發(fā)展。而水能資源是高效、清潔、可再生、廉價的能源，水輪機是一個典型的機械系統(tǒng)，具有軸類零件、盤套類零。件、箱體類零件、齒輪類零件等，具有較強的綜合性。作為水電機組實現(xiàn)。能、高穩(wěn)定性的轉(zhuǎn)輪是水輪機研究和設(shè)計者的追求目標。論與實踐相結(jié)合，進一步提高設(shè)計能力，為將來的工作打下良好的基礎(chǔ)。瓦級大型水力發(fā)電站。該水電站以發(fā)電為主，兼有防洪、灌溉、防凌、供。水、航運、養(yǎng)殖等效益。劉家峽水電站共有五臺水輪發(fā)電機組，總裝機量。為1160MW，其中1~4號機組為225MW，5號機組為260MW。對已選定的水輪機轉(zhuǎn)輪型號，查出其模型綜合特性曲線。=，暫取效率修正值3%???額定工況的原型水輪機的效率?????????式中：P—水輪機的額定出力，225000kW；

　　

【正文】 度的情況下，正曲率的導(dǎo)葉有使環(huán)量減小的效果，故高比轉(zhuǎn)速水輪機可采用正曲率 (非對稱型 )的導(dǎo)葉。因為該電站的 H 較低，轉(zhuǎn)輪進口環(huán)量 1? 要求較小，使得導(dǎo)葉水流角 ? 大，小開度時有負沖角的出現(xiàn)，此時選用正曲率導(dǎo)葉具有較小的阻力系數(shù)，損失較小。 **：劉家峽 2號機組水輪機結(jié)構(gòu)設(shè)計 及 CFD 分析 本次導(dǎo)葉翼型選用正曲率的翼型。因水輪機轉(zhuǎn)輪直徑 D1=5200mm，故在《水輪機設(shè)計手冊》非對稱導(dǎo)葉葉形斷面尺寸系列表中查出相關(guān)正曲率導(dǎo)葉尺寸作為參考，其特征尺寸及形狀如 所示。 圖 非對稱導(dǎo)葉（正曲率） 表 相關(guān)參數(shù)值 參數(shù)符號 數(shù)值（ mm） 參數(shù)符號 數(shù)值（ mm） D1 5200 do Do 5800 m Zo 24 m1 a K a1 f b r b1 R1 171 c R2 147 c1 R3 340 20xx 屆熱能與動力工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文） d L1 430 d1 L2 387 e L 817 e1 q 25 t 10 繪制導(dǎo)葉布置圖及 其參數(shù)曲線圖 在繪制導(dǎo)葉布置圖中，所用到的參數(shù)如下： 導(dǎo)葉分布圓直徑 Do=5800mm； 連接板長度 LH=670mm；連桿長度 LC=527mm，大耳柄控制環(huán)圓直徑Dy=4100mm；小耳柄控制環(huán)圓直徑 Dc=4000mm。 1）確定 β與 γ值 將導(dǎo)葉置于全關(guān)位置狀態(tài)，此時要求 ??? 70~50? ，??? 110~80? ，否則可適當(dāng)調(diào)整連桿與拐臂的長度，在全關(guān)時，拐臂中心線與 0D 圓周切線夾角為 42?? ，從而可確定出初始位置。 2）確定大、小耳孔的位置及接力器行程 S 由上面的數(shù)據(jù)畫出導(dǎo)水機構(gòu)運動圖，圖中共取六個導(dǎo)葉開度，當(dāng)導(dǎo)葉位于某一個開度時，量取此時的導(dǎo)葉臂與連桿的夾角 ? 的值和連桿與控制環(huán)小耳孔圓周切線的夾角 ?的值，連桿與 cD 圓周的交點即為小耳孔位置，然后以 0D 圓心為起點作過小耳孔的直線與 yD 圓周的交點即為相應(yīng)的大耳孔的位置。以導(dǎo)葉全關(guān)時大耳孔的位置為起點到各開度下大耳孔的位置的距離就是大耳孔的行程 S ，如圖 所示。 **：劉家峽 2號機組水輪機結(jié)構(gòu)設(shè)計 及 CFD 分析 圖 導(dǎo)水機構(gòu)角度關(guān)系圖 在導(dǎo)水機構(gòu)運動圖中量取各個開度下的導(dǎo)葉運動關(guān)系值 ()S??、 、 ，根據(jù)所量取的參數(shù)值，分別作三條曲線 0(fa?? ) 、 0(fa?? ) 、 0(S f a? ) 曲線，然后再檢查所做曲線的光滑性，以檢查導(dǎo)水機構(gòu)運行時的均衡性，數(shù)據(jù)記錄在表 中并作曲線圖，如圖 所示。 表 導(dǎo)葉運動關(guān)系值 0a （ mm） 0 100 200 0(mm)S 0 ? 70 50 37 30 24 22 ? 105 98 97 100 105 107 20xx 屆熱能與動力工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文） 圖 接力器行程與導(dǎo)葉開度及轉(zhuǎn)角關(guān)系曲線 **：劉家峽 2號機組水輪機結(jié)構(gòu)設(shè)計 及 CFD 分析 CFD 分析 單周期 導(dǎo)葉計算域 本設(shè)計選用正曲率導(dǎo)葉翼型 ，將所選翼型按比例放大至實際尺寸，在 MDT 中將平面翼型拉伸，與進出口環(huán)面、頂蓋、底環(huán)等組成單導(dǎo)葉計算域，如下圖所示，并將幾何模型以 igs 格式輸出保存。 圖 61 單周期導(dǎo)葉計算域 網(wǎng)格劃分 將模型 igs 導(dǎo)入 ICEM 網(wǎng)劃分軟件，由于計算域幾何規(guī)則，故采用六面體結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格對計算域進行離散劃分，網(wǎng)格節(jié)點數(shù) 萬， 調(diào)整網(wǎng)格質(zhì)量，最小角度達 25 度 以上， 總體網(wǎng)格質(zhì)量 cfx5 格式的網(wǎng)格文件。 圖 62 單導(dǎo)葉網(wǎng)格劃 分 20xx 屆熱能與動力工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文） 單周期導(dǎo)葉 CFX 計算 cfxpre 前處理 在 cfx 前處理中導(dǎo)入網(wǎng)格文件，建立“ gv”計算域，并對進出口、壁面等設(shè)置邊界條件如下： 進口：質(zhì)量流量， ：靜壓， 0pa 邊壁：無滑移壁面條件，標準壁面函數(shù) 圖 63 計算域邊界設(shè)置 求解 cfx solver 求解器對設(shè)置好的計算域完成計算，計算殘差達到 一下 ，結(jié)果收斂，得到 .。 后處理結(jié)果提取 在 cfx post 中提取流動域的流線、壓力分布等對計 算結(jié)果進行分析 64 單導(dǎo)葉域流線分布 **：劉家峽 2號機組水輪機結(jié)構(gòu)設(shè)計 及 CFD 分析 上圖可以看出，整個計算區(qū)域流線分布均勻流暢，在最優(yōu)工況無漩渦亂流等，流速從進口到出口對過流斷面面積的減小而增加。 圖 64 導(dǎo)葉 （ a）背面壓力 （ b）正面壓力 65 導(dǎo)葉正背面壓力分布 從圖 65 可以看出，葉片正背面壓力分布均勻， 正面壓力明顯高于背面壓力，背面靠近頭部位置壓力較低。 圖 66 50%葉高 上壓力分布 圖 66 可以看出，所計算工況的壓力最高點靠近導(dǎo)葉頭部， 圖中紅色高壓點對應(yīng)為 駐點位置，速度接近 0。 20xx 屆熱能與動力工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文） 7. 總結(jié) 本次設(shè)計任務(wù)為劉家峽 2 號機水輪機結(jié)構(gòu)設(shè)計 和 CFD 分析 ，歷時 4 個月，基本路線為：總裝配圖 —導(dǎo)葉布置圖 —導(dǎo)水機構(gòu)裝配圖 —控制環(huán)零件圖 — 單周期導(dǎo)葉內(nèi)部流動的 CFD 分析 。 在這次設(shè)計中， 我的收獲頗豐， 由零散的知識由點及面，逐步摸索和翻書查資料，到形成一個完整的知識體系和結(jié)構(gòu)大綱。 首先通過查閱相關(guān)資料，了解自己所要設(shè)計的水輪機的相關(guān)內(nèi)容，然后通過一步步 的設(shè)計，了解到對于一個水輪機來說，各個部件的設(shè)計目的和功用，然后達到對四年所學(xué)知識的融會貫通。這個 過程中雖有很多不懂的地方，但通過向廖老師和師兄師姐詢問，答疑解惑， 加上自己的一點點查閱相關(guān)資料和思考，更多的是學(xué)到了很多課本上沒有的知識經(jīng)驗 和對待設(shè)計工作的嚴謹?shù)膶W(xué)習(xí)態(tài)度。 這對我以后進一步的設(shè)計學(xué)習(xí)工作起到了很重要的作用。 在 CFD 軟件學(xué)習(xí)過程中，我通過對單周期導(dǎo)葉內(nèi)部流動的 CFD 分析 ，了解了從建模到網(wǎng)格劃分再到 CFX 前處理、計算和結(jié)果提取的整個過程，最然中途碰到許多困難，甚至有一度停滯不前，但幸而有老師的督促 指導(dǎo)和師兄師姐的細心輔導(dǎo)，使得我最終得以順利完成 CFD 軟件的初步學(xué)習(xí)。從這件事情上，我學(xué)到了對待學(xué)習(xí)生活應(yīng)有的正確態(tài)度，“面對它，正視它，然后解決它”，相信在以后的學(xué)習(xí)中我會再接再厲，虛心請教，爭取更大的進步。**：劉家峽 2號機組水輪機結(jié)構(gòu)設(shè)計及 CFD 分析 致謝 首先非常感謝本次設(shè)計過程中 *老師和師兄師姐對我的諸多幫助！沒有老師的悉心教導(dǎo)和師兄師姐的輔導(dǎo)解惑，我想本次的設(shè)計很難如此得以順利完成。 這次畢業(yè)設(shè)計讓我學(xué)到了很多，受益匪淺，也看到了更多自身的不足。有知識方面的，也有生活態(tài)度方面的，但看到問題，正視問題，然后改正問題，正是老師和大學(xué)四年的學(xué)習(xí) 經(jīng)歷教導(dǎo)我們的。我也會遵循這一原則，提高自身，更加端正自己的學(xué)習(xí)態(tài)度，形成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣，在學(xué)習(xí)和生活方面都更上一層樓。 與此同時，本次任務(wù)中對設(shè)計的嚴謹，也讓我對設(shè)計工作有一種油然而生的尊敬感。對待一份工作，尤其是設(shè)計的作品是要經(jīng)得起 “雨打風(fēng)吹 ”的考驗，更加為自己的工作感到自豪，也更加不敢懈怠。這是一個成長的過程，從剛?cè)雽W(xué)對本專業(yè)的皮毛了解到一點一滴的知識融會貫通，經(jīng)過四年最后再到最后的畢業(yè)設(shè)計，整個知識結(jié)構(gòu)的建立，終于全面了解學(xué)的東西，也更加明白要學(xué)的還有很多很多。相信在以后的學(xué)習(xí)工作中，我也會帶著這份 心存尊敬和嚴謹作風(fēng)去面對困難，解決困難，做好每一件事情。 同時感謝大學(xué)四年每一位諄諄教導(dǎo)我的老師和給予我?guī)椭惆槲页砷L的每位同學(xué)，謝謝你們，也謝謝自己為四年的大學(xué)生活畫上一個完美的句號！ 20xx 屆熱能與動力工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文） 參考文獻 [1] 劉大愷 . 水輪機 (第三版 ). 中國水利水電出版社 ,1996 [2] 哈爾濱大電機研究所 . 水輪機設(shè)計手冊（第一部分） .北京 : 機械工業(yè)出版社 ,1975 [3] 張克危 . 流體機械原理 (上冊 ). 北京 : 機械工業(yè)出版社 ,20xx [4] 劉光寧 .我國水輪機技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀與趨勢 .《動力工程》第 13 卷第1 期 ,1993 [5] 譚叔楠，張滬俊 .水輪機結(jié)構(gòu)的發(fā)展 .《東方電機》第 2 期， 1998 [6] 天津電氣傳動設(shè)計研究所 . 水輪機結(jié)構(gòu)圖冊 .北京 : 科學(xué)出版社 ,1978 [7] Experimental investigation of added mass effects on a Francis turbine runner in still water. . 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