发电设备流体动态数值解析高新技术的开发应用

哈尔滨电机厂有限责任公司 刘清勇

0 前言

通常认为，水轮机蜗壳向固定导叶和活动导叶提供的水流应当是一样的，然而事实并非如此。由于蜗壳中的水流转弯产生二次流，从而导致圆周方向和高度方向流态的明显不同。进而引起不等的水力损失。蜗壳中水流转弯处的水力损失主要是由于固定导叶的尾流引起的，特别是在蜗壳转角120。附近的水力损失较大。为了减少这种损失，提高水轮机效率，就必须掌握流道内部流态，明确损失发生机理，比较准确地找出发生水力损失的具体部位。通过数值计算进行流体的动态解析最早出现于1931年，直到80年代随着计算机技术、图形处理和数值算法的迅速发展才被开发成为工程应用软件，并在系统工程中得到集成应用和实现了商业化。

1 开发历程

虽然流体动态解析技术的发展已有70多年的历史，但是借助于计算机进行这种解析却是最近20多年的开发结果（表1）。

2 基本方法

2.1 一维二维解析

表1 流态解析技术开发历程

采用微机进行流体动态解析的一维方法是在80年代开发和应用的。它以水力损失模型为基础，对水轮机整体进行一维、后来是二维解析，提出转轮轴的入口和出口设计。由于对流场的假定不能够满足水流的运动方程，没有考虑转轮本身的转动和转轮中速度环量分布对流场影响，与实际情况有较大的偏离，致使转轮试验结果与设计预期值的偏差较大。

2.2 准三维有势解析

大约在1988年，出现了准三维有势解析方法，它不仅考虑了连续方程和能量方程，还考虑了水流的运动方程，可使计算出的轴面流场更加符合实际情况，从而可提高转轮设计计算的正确性。……