[發明專利]一種基于填充效應和均壓孔方法對泄水錐結構的優化方法

在審

• 申請號: 202010001281.8
• 申請日: 2020-01-02
• 公開（公告）號: CN111159912A
• 公開（公告）日: 2020-05-15
• 發明（設計）人: 蘇文濤;李洋
• 申請（專利權）人: 遼寧石油化工大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F30/17;G06F113/14;G06F119/14
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產權代理有限公司 23211
• 代理人: 劉景祥

1.一種基于填充效應和均壓孔方法對泄水錐結構的優化方法，其特征是：包括以下步驟：

步驟1：采用分離渦模型模擬水輪機運行過程，采用適合強旋流及剪切流動計算模型，對相變空化模型進行速度場預測和壓力場分析；

步驟2：根據速度場預測和壓力場分析結果，確定尾水管區域最低壓力點的位置；

所述步驟2具體為：根據速度場預測和壓力場分析結果，比較各截面不同時間絕對壓力最小點的位置，根據最小壓力位置可模擬出渦帶發生的具體位置；在渦帶產生點附近的壓力分布梯度反映了在此截面上渦帶范圍的大小；軸向截面上的壓力分布代表渦帶在流道里的長度，徑向截面上的壓力分布代表渦帶在該截面上的粗細；

步驟3：基于填充效應和均壓孔方法對泄水錐的結構進行優化，降低尾水管的壓力；

通過改變轉輪出口泄水錐的結構形式，將各截面的的最低壓力點減小，優化泄水錐附近壓力分布，降低尾水管渦帶的能量，隨著渦帶能量的減弱，由水力激振所造成的機械振動也隨之減弱，繼而達到提高機組運行的穩定性；

在泄水錐壁面上開若干個均壓孔，提高低壓區的絕對壓力，使兩側壓力分布趨于更加均勻，以達到減弱尾水管渦帶能量。

2.根據權利要求1所述的一種基于填充效應和均壓孔方法對泄水錐結構的優化方法，其特征是：所述步驟1具體為：

步驟1.1：結合雷諾平均方法和大渦模擬，采用基于Spalart-Allmaras方程模型的分離渦模型DES方法，數值求解Navier-Stokes方程，模擬繞流發生分離后的旋渦運動；

步驟1.2：通過瑞流動能計算湍流速度，湍流動能通過瑞流動能輸運方程的解來確定，通過下式表示連續性方程和動量方程：

連續性方程為：

動量方程為：

其中，S_M是體力合力，μ_eff是湍流有效粘度，p′是修正壓力；

步驟1.3：通過SST k-ω模型改進了渦黏性，以考慮湍流主切應力輸運的影響，SST k-ω模型得對逆壓梯度流動進行預測，通過下式表示SST k-ω的湍動能k和比耗散率ω的輸運方程：

其中，F₁為加權函數；

對渦黏性進行限制，通過下式表示對渦黏性進行限制過程：

其中，F₂是為F₁的混合函數，用來修正F₁在自由剪切流中的誤差；

步驟1.4：對于DES湍流模型，對湍動能方程中耗散項進行修正，通過下式表示對瑞動能修正過程：

Y_k＝ρβ^*kωF_DES

其中，C_des為用在DES模型中的校準常數，Δ為最大局部網格距離(Δx,Δy,Δz)。

3.根據權利要求1所述的一種基于填充效應和均壓孔方法對泄水錐結構的優化方法，其特征是：修正加權函數的自由剪切流中的誤差，通過下式表示加權函數：

其中，arg₁和CD_kω均為湍流模型參數，y為y方向坐標。