[發明專利]一種針對混流式水輪機在空載啟動過程的分析方法

在審

• 申請號: 202310058192.0
• 申請日: 2023-01-17
• 公開（公告）號: CN115952687A
• 公開（公告）日: 2023-04-11
• 發明（設計）人: 孫龍剛;唐逸超;郭鵬程;李顏雁;范文睿
• 申請（專利權）人: 西安理工大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F30/28;G06T17/20;G06F119/14;G06F119/12;G06F111/10
• 代理公司: 北京盛詢知識產權代理有限公司 11901
• 代理人: 藺巍

1.一種針對混流式水輪機在空載啟動過程的分析方法，其特征在于，步驟包括：

構建全計算域三維模型并獲取混流式水輪機的三維數值模擬數據；

對所述全計算域三維模型進行網格劃分，得到劃分結果；

根據所述劃分結果得到計算網格；

根據所述計算網格得到時變邊界條件；

根據所述三維數值模擬數據和所述時變邊界條件完成對混流式水輪機的力特性和能量損失的分析。

2.根據權利要求1所述的針對混流式水輪機在空載啟動過程的分析方法，其特征在于，所述全計算域三維模型包括：蝸殼、固定導葉、活動導葉、轉輪和尾水管。

3.根據權利要求2所述的針對混流式水輪機在空載啟動過程的分析方法，其特征在于，得到所述劃分結果的方法包括：對所述蝸殼、所述固定導葉、所述轉輪和所述尾水管區域進行高質量結構化網格劃分；對所述活動導葉區域進行非結構網格劃分。

4.根據權利要求3所述的針對混流式水輪機在空載啟動過程的分析方法，其特征在于，得到所述計算網格的方法包括：

設置湍流模型、定工況邊界條件，對開機啟動過程起始導葉開度下的初始計算域進行網格無關性驗證，得到驗證結果；

根據所述驗證結果，得到所述計算網格。

5.根據權利要求1所述的針對混流式水輪機在空載啟動過程的分析方法，其特征在于，所述三維數值模擬數據包括：空載啟動過程下混流式水輪機的活動導葉運動方式、動網格更新方法、轉輪的轉速、轉輪力矩、所受各方向的力和葉片壓力場數據。

6.根據權利要求4所述的針對混流式水輪機在空載啟動過程的分析方法，其特征在于，所述無關性驗證的方法包括：分別構建細密網格、中等網格和粗糙網格；計算的近似相對誤差e_a，推相對誤差e_ext以及網格收斂指數：

式中，φ為計算選擇的關鍵變量、r為網格加密因子、p為定點迭代法計算的表觀級數、下標1、2和3分別為細密網絡、中等網絡和粗糙網絡的計算變量、上標21和32分別為細密網絡相對于中等網絡以及中等網絡相對于粗糙網絡的誤差值。

7.根據權利要求5所述的針對混流式水輪機在空載啟動過程的分析方法，其特征在于，分析力特性的方法包括：

加載所述轉輪力矩數據，分析啟動過程中轉輪力矩的波動特性；

加載所述所受各方向的力，分析啟動過程中轉輪所受徑向力及軸向力的分布特性；

加載所述葉片壓力場數據，分析混流式水輪機開機啟動過程葉片壓力面、吸力面的演化以及分布規律。

8.根據權利要求7所述的針對混流式水輪機在空載啟動過程的分析方法，其特征在于，計算所述能量損失的方法包括：

采用基于熵產理論的水力損失分析方法，對于水輪機內部的湍流流動，任意質點的總熵產率表示為：

其中：一部分為時均運動引起的熵產率另一部分為脈動速度引起的熵產率也稱為湍流耗散項；

由時均運動引起的熵產率表示為：

由脈動速度引起的熵產率表示為：

式中，為笛卡爾坐標系下的三個平均速度分量，u′、v′、w′為三個脈動速度分量，m/s；T為溫度，K；μ_eff為有效動力粘度，Pa·s；μ為湍流粘度，Pa·s；μ_t為動力粘度，Pa·s；

由于雷諾時均方程無法直接求解脈動速度分量，通過SST?k-ω湍流模型中的特征頻率與湍流耗散項相結合，得到的近似計算公式：

式中：β為經驗系數、f為湍流特征頻率，單位為s^-1；k為湍動能，單位m²/s²。