混流式水轮机上冠空腔结构内部流场及单向流固耦合分析

摘要

为研究上冠空腔结构对混流式水轮机水力性能与结构特性的影响,建立了不含上冠空腔结构(No Upper Crown Cavity Structure,NUCCS)和含上冠空腔结构(Upper Crown Cavity Structure,UCCS)的两种混流式水轮机全流道几何模型,基于SST湍流模型、顺序耦合法、预应力模态分析,对NUCCS与UCCS的两种混流式水轮机展开数值模拟和单向瞬态流固耦合计算,发现泄水锥处上冠空腔结构可减少转轮内部二次流动损失.在0.8Qd、Qd和1.2Qd的3种流量工况点,分别对混流式水轮机展开瞬态流固耦合计算,对比研究转轮结构的应力应变特性.研究发现含UCCS时,转轮等效应力和变形量均有减小.在小流量0.8Qd工况点,转轮结构等效应力及应变较小,其最大变形点位于下环附近.在设计流量Qd和大流量1.2Qd工况点,转轮等效应力及应变较大,其最大变形点位于上冠附近.在NUCCS与UCCS的转轮进行预应力模态分析时,发现上冠空腔结构对转轮的模态影响很小.本文研究内容可为提升混流式水轮机设计水平提供一定参考依据.