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灯泡式水轮机三维过渡过程CFD模拟

CFD simulation of 3D transients in bulb turbine

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【作者】 张晓曦程永光

【Author】 ZHANG Xiao-xi,CHENG Yong-guang State Key Laboratory of Water Resources and Hydropower Engineering Science,Wuhan University,Wuhan 430072

【机构】 水资源与水电工程科学国家重点实验室

【摘要】 灯泡式水轮机流道短,流动三维特性明显,用一维方法计算其过渡过程难以满足要求,三维计算势在必行。三维模拟的关键问题是导叶大幅运动及转轮变速的处理。本研究旨在利用CFD商用软件FLOW-3D中先进的流固耦合技术解决这些问题,实现灯泡式水轮机三维过渡过程的模拟。首先介绍了所采用的卡氏坐标系下固定网格中运动刚体的处理方法;然后用典型的机械心阀流固耦合算例对其进行验证;在确认模型可靠性的基础上,对某灯泡式水轮机事故停机过渡过程进行模拟。计算所得力矩、转速、轴向水推力、机组引用流量和监测点压力脉动等参数的变化过程均符合此类型水轮机的一般规律,说明采用FLOW-3D软件模拟这种三维过渡过程具有可行性。

【Abstract】 Bulb turbine is characterized by its short flow-passage and multidimensional unsteady flow effects,therefore the simulation of transients in it by one-dimensional(ID) method are not proper and three-dimensional(3D) simulation is necessary.The challenges in 3D simulation are to deal with the motion of guide vanes and the speed variation of rotor.The main purpose of this paper is to solve these problems by the advanced fluid-structure coupling model in CFD software FLOW-3D.Firstly,the model of moving rigid body under fixed-mesh system is introduced;then,the models are verified by the dynamic process of a rigid mechanical heart valves in pulsating blood.At last,the emergency shut-down process of a bulb turbine is simulated.The simulated histories of torque,rotating speed,axial force,discharge and pressure fluctuations have good agreements with the general characteristics of the transients in this type of turbine,which shows the feasibility of this method.

【基金】 国家自然科学基金(51039005,50909076)资助
  • 【会议录名称】 第十一届全国水动力学学术会议暨第二十四届全国水动力学研讨会并周培源诞辰110周年纪念大会文集(下册)
  • 【会议名称】第十一届全国水动力学学术会议暨第二十四届全国水动力学研讨会并周培源诞辰110周年纪念大会
  • 【会议时间】2012-08-25
  • 【会议地点】中国江苏无锡
  • 【分类号】TV734.1
  • 【主办单位】中国力学学会、《水动力学研究与进展》编委会、中国造船工程学会、周培源基金会、中国船舶科学研究中心
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