三峡水轮机蜗壳与固定导叶三维数值模拟研究

"水轮机蜗壳和固定导叶内部流动的数值模拟 (2000年) - 清华大学学报(自然科学版) - 周晓泉, 瞿伦富, 吴玉林 - ISSN1000-0054" 这篇论文主要探讨了水轮机蜗壳和固定导叶内部流动的数值模拟方法及其在优化设计中的应用。研究人员针对三峡混流式水轮机组模型，运用了两种不同的计算流体动力学(CFD)方法——紊流解和Euler解，进行全三维数值模拟。他们基于Navier-Stokes方程，选择标准的k-E紊流模型和Euler方程模型，利用贴体坐标和交错网格系统，以及SIMPLEC算法，对蜗壳和固定导叶内部流动进行了详尽的计算和分析。 论文的核心内容包括： 1. **数值模拟方法**：研究人员采用了基于N-S方程的标准k-E紊流模型，这是一种常用于模拟湍流的闭合模型，能够较好地描述流体中的涡旋运动和能量耗散。同时，他们也使用了Euler方程，这是一个无粘性的流体动力学方程组，适用于理想流体或流体动态问题的简化情况。 2. **网格划分与边界处理**：由于蜗壳和固定导叶具有复杂的几何形状，网格划分至关重要。研究者进行了精细的网格划分，特别是在固定导叶的压力面和吸力面，额外布置了网格节点，以提高计算的精度。此外，他们还特别处理了圆弧型导流板的边界条件，确保计算的准确性和稳定性。 3. **流动特性分析**：通过对计算结果的对比分析，论文揭示了蜗壳和固定导叶内部流动的特性，特别是流动的不均匀性。这种不均匀性可能影响水轮机的效率和稳定性，因此，对这些特性的理解有助于提出改进设计的策略。 4. **优化设计建议**：通过对计算数据和实验值的比较，研究者提出了改进蜗壳和固定导叶设计的建议，这些建议基于数值模拟提供的流动信息，为实际工程设计提供了较为可信的优化方向。 这篇论文的研究对于提升水轮机效率和性能具有重要意义，通过数值模拟方法，可以缩短设计周期，降低成本，且能更灵活地适应技术进步和市场需求。这种计算流体力学的方法在现代水力发电设备设计中起着至关重要的作用。