水轮机转轮内部泥沙浓度的数值分析.pdf

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1、第40卷第7期2014年7月水力发电水轮讥转轮内部泥沙欢度的数值分析欧顺冰，刘小兵，曾永忠，王辉艳(西华大学能源与环境学院，四川成都610039)摘要：采用ANSYSCFX14．0软件对某电站混流式水轮机转轮内部固液两相流动进行了数值模拟，着重分析了转轮内部泥沙浓度分布。研究结果表明，在叶片表面上不同的位置，泥沙浓度分布是不同的，浓度较高的地方位于叶片进水边靠近上冠和下环处、下环内表面和叶片出水边靠近下环内表面处。对含沙河流中水轮机转轮叶片遭受严重磨蚀破坏情况的分析和水轮机的耐磨设计具有重要的指导作用。关键词：转轮；泥沙浓度；数值分析；水轮机NumericalAnalysisonSedime

2、ntConcentrationinTurbineRunner0UShunbing，LIUXiaobing，ZENGYongzhong，WANGHuiyan(SchoolofEnergy&Environment，XihuaUniversity，Chengdu610039，Sichuan，China)Abstract：TheANSYSCFX14DsoftwareiSusedtonumericallyanalyzethesolid-liquidtwophaseflowinaFrancisturbinerunner．Thedistributionofsedimentconcentrationinth

3、erunneriSanalyzedinemphasis．Theresearchresultsshowthatthesedimentconcentrationsarediferentatvariousplacesofthebladesurface．Theplacesofhighsedimentconcentrationincludebladeinletnearthecrownandbandinternalfaceofbandandbladeoutletneartheinterualfaceoftheband．Thisresearchprovidesareferencetotheanalyses

4、ofseriousabrasionofturbinerunnerandwear-resistancedesignofturbineinsandyrivers．KeyWords：runner；,sedimentconcentration；numericalanalysis；hydraulicturbine中圈分类号：TM312文献标识码：A文章编号：0559-9342(2014)07-0067—04本文采用数值模拟技术，对某混流式水轮机转0引言轮内流场进行了研究，分析了转轮叶片表面泥沙体由于我国大多数河流中的含沙量较大，在其上积分数的分布。得出了一系列转轮内部流动的特征运行的水轮机的磨蚀问题尤

5、为突出，国内外专家在与规律，捕捉的泥沙体积分数特征对水力机械的耐此领域作了大量的研究，Kojjletl研究并发现主要原因磨设计、水力机械的耐磨材料的选择均具有指导作是空化问题、泥沙磨损以及材料的缺陷与疲劳。涉用．比如为了改善水轮机部件的沙粒磨损条件，在及到空化的水轮机部件主要是：混流式与轴流式水其结构设计方面，应使过水流道尽量符合水流平顺轮机转轮、尾水管锥管内，以及冲击式水轮机的喷条件。避免流道突然转弯、扩大或缩小，使流速分布均匀[5,6／，同时也有助于深入研究流体力学自由颗针、喷嘴及转轮的水斗部位。降低空蚀与泥沙磨损粒磨损基本规律。作用的有效方式是改进水力设计、改进部件的制造生产、采用较好

6、的抗磨材料及调整工况避免水轮机1几何模型及网格划分在空化严重的工况下运行。Neilson和Gilchrist[21在材本研究利用UGNX6．0软件对混流式水轮机叶料总磨损仅由变形磨损引起的假设下，研究了垂直片进行几何模型的建立以及使用ANSYSICEMCFD冲击角度情况下的总变形，同时也给出了变形因子与撞击颗粒的质量、速度、垂直冲击角度下的变形收稿日期：2013-11-19磨损关系。Baineta1．也尝试开发出了基于实验设基金项目：国家自然科学基金资助(51279172)备所收集的数据与估计泥沙磨损率的关系式，并且作者简介：欧顺冰(1985一)，男，重庆人，硕士，主要从事流给出相应计算公式

7、与参数取值。体机械内部流动(两相流)方面的研究、教学T作．WaterPowerVo1．40No．7囫力面进口泥沙浓度测值约为0．86％。在靠近下环处，度的数值计算结果。数值结果表明：在小流量的工叶片压力面出口附近泥沙浓度测值约为0．73％，见况下．转轮叶片工作面进口靠近上冠附近的区域泥图6b，叶片吸力面出口附近泥沙浓度测值约为沙浓度最小，并且均小于最优工况与大流量工况下0．68％。从叶片进口到出口，压力面与吸