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wangwu2001

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    188宝金博页面版: 轴流式水轮机轴向水推力的有限元计算

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    内容提示： 第 24 卷第 4 期 水 利 水 电 科 技 进 展 2004 年 8 月 轴流式水轮机轴向水推力的有限元计算 周大庆 ， 钟淋涓 (河 海 大学水 利 水 电工程 学 院 ， 江苏 南 京210098) 摘要 ： 利用水轮机模型 、 翼型参数 以及 综合特性 曲线所确 定的 边界条件 和初 始条件 ， 通过有 限元 法 求解用流 函数表示的反映轴流 式水轮机 转轮 内流动 的拉 普拉 斯方程 ， 进 而计算 轴流 式机组静 态轴 向水推 力的 变化 曲线 ， 为过 渡过程计算提供 必需的静 态原 始数据 ． 算例表 明 ， 该方 法切 实可行 ， 并 能 达到较好 的计算精度 ． 关键词 ： 轴 流式水轮机 ； 静 态轴 向水推力...

    文档格式：PDF | 页数：4 | 浏览次数：236 | 上传日期：2013-10-13 15:56:20 | 文档星级：
    第 24 卷第 4 期 水 利 水 电 科 技 进 展 2004 年 8 月 轴流式水轮机轴向水推力的有限元计算 周大庆 ， 钟淋涓 (河 海 大学水 利 水 电工程 学 院 ， 江苏 南 京210098) 摘要 ： 利用水轮机模型 、 翼型参数 以及 综合特性 曲线所确 定的 边界条件 和初 始条件 ， 通过有 限元 法 求解用流 函数表示的反映轴流 式水轮机 转轮 内流动 的拉 普拉 斯方程 ， 进 而计算 轴流 式机组静 态轴 向水推 力的 变化 曲线 ， 为过 渡过程计算提供 必需的静 态原 始数据 ． 算例表 明 ， 该方 法切 实可行 ， 并 能 达到较好 的计算精度 ． 关键词 ： 轴 流式水轮机 ； 静 态轴 向水推力 ； 有 限元 ； 拉普拉斯方程 中图分类号 ： TK730． 2 文 献标识码 ： A 文章编 号 ： 1006— 7647(2004)04— 0014— 03 随着水轮发电机组单机容量的增大 ， 机组 的安全 运行越来越重要 ． 世界上 曾有不少轴 流式机组在甩负 荷时 ， 由于负轴 向力( 即抬机力 ) 过大 而引起重大事故 的先例 ， 因此大型轴流式水轮机组在甩 负荷 时轴 向力 的变化引起了人们的普遍关注 ． 对于水轮机 轴向力 的 研究方法主要有 ： ①模型试验法 ； ②理论 法， 以柯 尔东 (前苏联 ) 、 常近时等为代表 ， 在叶栅绕 流理论 基础上 推导出叶片所受轴向力 的计 算公式 ； ③经验 法 ， 以克 里夫琴科 (前苏联 ) 和助川寿( 日本 ) 等为代表 ， 在模 型 试验资料 的基础上 ， 提 出了一些经验和半经验的计算 方法 ． 近年来 ， 随着计算机和数值计算方 法的发展 ， 水 力机械流动计算 的很多正 问题 和反 问题都 可数值求 解 ， 从而把水力机械 的流动分析和水力设计提高到一 个新 的水平 ． 由于有限单元法对于水力机械复杂的边 界形状有很强的适应性 ， 而采用有限单元法计算轴 流 式机组轴 向水推力 尚不多见 ， 因此本文力图在掌握 轴 流式转轮的参数和来流状况的基础上 ， 通过有 限单元 法求解转轮 叶栅流场 的力特性 ， 进而计算得到机组静 态轴 向水推力 ． 在保证一定精度 的前提下为计算水 轮 机在过渡过程 ， 如甩 负荷时轴向力 的变化提供所需 要 的静态轴向水推力的变化曲线 ． 1基本 方程和边界条件 1． 1基本 方程 在某 一 工况 下 分析 轴 流式 转 轮 内部 流动 时假 定 ： 第一 ， 水流是理想和不可压缩 的 ； 第二 ， 在工况稳 定的情况下 ， 圆柱 层 内的相 对运动 有势 ， 且 定 常 ； 第 三 ， 圆柱层 间流动 无关 ， 即忽略 径 向流动 ． 这样 轴 流 式转轮 内部流动 的计算 就成为解决理想流体绕 流平 面无 限直列 叶栅 问题 ， 它满足拉普拉斯 方程 ： + ：0 ( 1) ＼ ， ^ ’ 1- d ，一u d Y 一 相应 的有 限元单元计算 格式 J为 ∑ l = i 、 J ， m = 0 ( r = ， ， m) (2) 相应 的有 限元整体计算 格式¨J为 ∑ ∑ Kr ,4 , =0 (r = ， ， m ) e，= i ， 』 ， m 式中： K 为感应系数； 为单元结点流函数； ∑ 表 (3) 示各个单元 的数值 相加 ． 1． 2边界条件 根 据直 列 叶栅 流动特 性 的周 期性 ， 可 以以栅距 为间隔划 分叶栅 ． 取 出其 中周期 性的一段 ， 若 能求解 出该段 中的流动 ， 则 整个 叶栅特性也就确定 了． 这样 的处理对有 限单 元 法 的求 解特 别有 利 ， 因为它使 原 来在无 限区域上 的计 算 转化 为在有 限 区段 上进行 ． 由此 ， 取桨 叶圆柱截 面的一个 流面 ， 包括两 叶片之间 的部分 和向上 、 下 游各延 伸一 段作 为 轴流式 转 轮 叶 栅流场计算 区域 ． 依 据文 献 [ 2] 建议 ， 延伸部 分 的长 度为半 个翼型长度左右 ， 如图 1所示 ． a．因为 AB 是叶栅无 穷远前 方 的一 条列线 ， 其 上各点速度 均匀 且等 于无 穷远来 流 速度 ， 其 边界 条 件表示如下 ： 一 ，= lA n( 在 A B 上 ) (4) 式中 ： 为进 口边界 AB 上 的切 向速度 ， m／ s； A n 为 n 点与 n 为 n 点 的流 函数 ； ， 为 n 点 的流 函数 ； 。 作 者简介 ： 周 大庆 ( 1976 一 ) ， 男 ， 浙 江泰顺 人 ， 助 教 ， 博 士研究 生 ， 主要从 事水力 机械 模型试 验和 数值计 算研 究 · 14· 维普资讯 http://www.cqvip.com

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