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《低比轉速混流式水輪機流動噪聲數(shù)值模擬.pdf》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、第32卷第8期水電能源科學VoL32No．82014年8月WaterResourcesandPowerAug．20-14文章編號：1000—7709(2014)08—0153—04低比轉速混流式水輪機流動噪聲數(shù)值模擬王惠芝，周大慶，張藍國(河海大學能源與電氣學院，江蘇南京211100)摘要：為預測低比轉速混流式水輪機的主要流動噪聲，采用重整化群RNG—e模型和FW-H模型，計算了不同導葉與轉輪葉片徑向間距時水輪機導葉與轉輪壁面上壓力脈動構成的偶極子聲源產(chǎn)生的流動噪聲，分析了導葉與轉輪葉片徑向間距對水輪機壓力脈動及噪聲特性的影響
2、，以及壓力脈動與流動噪聲之間的關系。結果表明，導葉末端和轉輪葉片進口背面壓力脈動最劇烈，是主要的偶極子噪聲源，壓力脈動和流動噪聲的離散噪聲在葉頻及其諧頻處出現(xiàn)峰值；隨導葉與轉輪葉片徑向間距增大，壓力脈動幅值減小，流動噪聲減小，因此適當增大水輪機導葉與轉輪葉片徑向間距是一種有效降低流動噪聲的途徑。關鍵詞：低比轉速；混流式水輪機；流動噪聲；數(shù)值模擬中圖分類號：TV31．2；TH312文獻標志碼：A1引言2水輪機模型水力機械工作時所產(chǎn)生的噪聲主要包括機械2．1三維模型及網(wǎng)格劃分噪聲和流動噪聲，隨著機械制造工藝的提高，有效選用的低比轉
3、速混流式水輪機比轉速為5O降低了機械噪聲，流動噪聲就成為水輪機的主要m·kw，用于水動冷卻塔代替電機驅動風機。模噪聲源。對此，TimouehevS等通過數(shù)值計算型由蝸殼、17個固定導葉、17個葉片的轉輪和尾與試驗相結合的方法研究了離心泵噪聲頻譜中葉水管組成，見圖1。設計性能參數(shù)流量Q===1．389片通過頻率(BPF)成分；熊海芳等l_2總結了離心m／s，水頭H一13．5m，轉速一110r／rain，轉輪泵內部流動誘導噪聲的兩種測試方法；黃俊雄進口直徑D一1．2Om，出口直徑D2—0．64m。等基于商用軟件Fluent建立了離
4、心泵流動噪蝸聲數(shù)值仿真方法，分析了泵內壓力脈動的成因，提出了改善聲學性能的葉輪優(yōu)化設計思路；王宏光等¨4應用計算流體動力學軟件Fluent和聲學軟件LMSVirtualLab研究了軸流泵內部壓力脈動和流動噪聲在不同工況下的變化規(guī)律及其關系。這些研究主要集中于泵的流動噪聲模擬，而對水圖1低比轉速混流式水輪機示憊圖Fig．1Schematicdiagramoffrancisturbine輪機方面的相關研究較少。對于低比轉速混流式withlowspecificspeed水輪機，轉輪呈扁平狀、導葉與轉輪葉片距離近的特點使水輪機流道內水
5、流不規(guī)則運動更加劇烈，采用Gambit軟件對流體計算域劃分網(wǎng)格，機組在運行過程中輻射出較大的流動噪聲。鑒考慮到模型的形狀復雜，采用適應性強的非結構此，本文利用Fluent軟件對低比轉速混流式水輪化網(wǎng)格，經(jīng)過網(wǎng)格無關性驗證，最終生成的網(wǎng)格總機的主要流動噪聲進行預測分析，以期為低比轉數(shù)為1401768個，其中蝸殼部分424700個，導速混流式水輪機噪聲控制提供依據(jù)。葉100000個，轉輪502016個，尾水管375052個。收稿日期：2013-11-19，修回日期：2014-01—12基金項目：國家自然科學基金項目(51106O4
6、2)作者簡介：王惠芝(1989一)，女，碩士研究生，研究方向為流體機械工程，E—mail：wang—hui—zhi@163．com通訊作者：周大慶(1976一)，男，副教授，研究方向為流體機械工程，E—mail：zhoudaqing@hhu．edu．cn·154·水電能源科學2．2數(shù)學模型計算的流場為初始條件，進行非定常計算，修改動2．2．1非定常計算模型靜部件的耦合模型為滑移網(wǎng)格模型；湍流粘度項描述水輪機內部流場瞬時流動狀態(tài)的基本控采用二階迎風格式，在時間域上采用二階全隱格制方程組(N—S方程)[53為：式進行離散，時間步長
7、設置為0．001S，流場內壓+()_O(1)力脈動的周期性變化穩(wěn)定后，選擇Fw—H模型，將導葉區(qū)與轉輪區(qū)的所有固體壁面設置為聲源，十一aP+aeo3taz3xddz(一2)并選擇輸出聲源面上壓力脈動數(shù)據(jù)，在距轉輪中z心3ITI處設一外場監(jiān)測點，以獲得聲壓隨時間的其中eo一(+一號罄)變化曲線。式中，．0為流體密度；t為時間；z、32，、．92為坐標分步驟3非定常計算結束后，讀取計算過程量；U、、U均為時均速度分量；P為時均壓力；中保存的導葉和轉輪壁面上壓力脈動數(shù)據(jù)，帶人為粘性應力張量；為Kronecker函數(shù)。波動方程，計算得
8、到監(jiān)測點聲壓信號。重整化群RNGfc一￡湍流模型_6中的湍動能和湍流耗散率e的約束方程分別為：3結果與分析+一3“a。axjl““考az，]l+。一+’P￡?㈦3．1壓力脈動分析a+。3x_殺a．zJl～?亳a]l+。分別對導葉與轉輪葉片徑向間距為17、25、33mm時的模型
