轴流式水轮机转轮叶片三维设计与性能预估

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转轮作为水轮机的关键部件,其性能的优劣直接影响水轮机的工作性能。本文对半蜗壳轴流式水轮机转轮叶片的全三维反问题计算进行了研究,利用已有的全三维反问题计算模型进行了转轮叶片的设计。 论文论述了水轮机转轮叶片设计的要求,介绍了转轮叶片设计的方法,阐述了目前全三维反问题主要的计算方法,并对这些方法的优缺点进行了分析比较。推导了转轮叶片设计的数学模型。该模型以分布于叶片中面的叶片附着涡和源汇代替有厚度叶片对流动的作用,根据流动的周期性,将转轮内的三维有旋流动分解为周向平均流动及周期性流动,分别用周向平均流动流函数方程及周期性流动的势函数方程描述,迭代求解以满足叶片边界条件实现全三维的反问题计算。 论文对已有的混流式水轮机设计程序进行改进,实现半蜗壳轴流式水轮机转轮叶片的设计;同时将设计的转轮用CFD软件进行全流道数值模拟,预估了转轮效率和水轮机整机效率。 设计算例表明,按该模型进行设计,可以得到满足给定的负荷分布及厚度分布的转轮,提高了设计过程对叶片性能的可控性。对设计结果的进行数值模拟,数值模拟结果表明,该设计结果基本达到设计要求。最后对设计中的有关问题进行了研究和分析,为转轮叶片设计积累了有益的经验。
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