基于流体体积模型的叶片数对水车性能的影响

为了研究一种利用微水头发电的水车装置,利用Fluent软件流体体积(VOF)模型模拟明渠无压流动,选用SST k-ω两方程湍流模型和滑移网格旋转模型对不同叶片数的水车在不同转速下进行非定常模拟.结果表明:3叶片水车效率区最为宽广,最优效率最高;3叶片水车上游局部湍流黏度较大,影响范围较小,而8叶片水车上、下游湍流黏度较为平均,影响范围较大;相同工况下,增加叶片数会增强水车的阻塞效应,使上、下游水位差平均增大,但可降低水位差的波动,水位差平均值增大将降低水车出力,水位差的波动对水车轴系的稳定性产生不利的影响;相同工况下,增加叶片数可以提高水车运行中转矩波动的稳定性,但会降低水车的出力,转矩波动使水车在运行中受到周期性不平衡力矩的作用,引起水车结构剧烈振动和叶片疲劳损伤.

基于流体体积模型的叶轮宽径比对水车性能的影响

为了研究一种环保、简易的微水头发电水车装置,建立了水车在河流中的三维模型,采用流体体积(VOF)模型,压力-速度耦合选择PISO格式进行求解,对不同叶轮宽径比的水车进行非定常流动分析.结果表明:叶轮宽径比为3.93的胸射式水车效率区最为宽广,最优效率最高.叶轮宽径比增大使得流道的阻塞效应增强,上、下游水位差增大,出现明显涡流现象.不同宽径比的水车叶轮叶片转矩呈现同一周期性变化规律,当水车处在枯水期运行时,叶片运动过程中浸入水中的两叶片间会出现回流现象,使得转矩有小范围的极值出现.未浸入水中的两叶片间压力随叶轮宽径比增大而增大.5种叶轮宽径比的水车叶片均在叶尖处正面压力达到最大,且叶轮宽径比为3.93的水车浸水叶片正、背面压力差最大,提高了叶片的做功能力.该结果对胸射式水车的叶轮结构设计与性能分析能够起到指导作用.