[发明专利]一种水轮机导叶主动旋转输入功率的数值计算方法

摘要

本发明涉及一种水轮机导叶主动旋转输入功率的数值计算方法，属于水力机械及其系统技术领域。本发明包括步骤：A、调用网格划分模块，采用两套网格：周围流体和导叶组成的整个物理区域，导叶边界区域；B、调用流体CFD计算模块，更新流体状态变量，同时获得流体作用于导叶边界区域节点上的力密度；C、调用瞬时输入功率计算模块，获得导叶主动旋转的瞬时输入功率；D、调用结果输出模块，将瞬时输入功率信息输出到文件，供后台处理使用；E、判断是否结束计算。本发明适时计算导叶主动旋转过程中的瞬时输入功率和启动功率，克服了传统的基于流动简化和经验系数以及安全系数来预估最大输入功率的缺点。

主权项

1.一种水轮机导叶主动旋转输入功率的数值计算方法，其特征在于：所述方法的具体步骤如下：Step1、调用网格划分模块，采用两套网格：流体区域，导叶边界区域；其中流体区域在欧拉描述下采用笛卡尔网格离散，导叶边界区域在拉格朗日描述下使用适体有限元网格离散；Step2、调用流体CFD计算模块，采用基于分步投影的浸入边界方法，求解不可压缩粘性牛顿流体的流动控制方程，更新流体状态变量，同时获得流体作用于导叶边界区域节点上的力密度；通过流体区域预测速度u′(x_j,t)和近似光滑函数得到的导叶边界拉格朗日节点上的速度应该等于给定的导叶边界节点的自然速度即有从而实现导叶边界节点上力密度的求解；Step3、调用瞬时输入功率计算模块，获得作用在导叶上的转动力矩M_C(t)，即式中r_i为力密度作用点到导叶转动轴的垂直距离，Δs_i为第i段导叶边界的面积，h为流体网格间距，M为导叶边界节点数，进而获得导叶主动旋转的瞬时输入功率P(t)，即:式中表示转角θ对时间的导数，进而获得导叶主动旋转的瞬时输入功率；Step4、将瞬时输入功率信息输出到文件，供后台处理使用；Step5、判断是否结束计算：如果△t·n＜T，则进入下一时间步，继续执行步骤Step2、Step3和Step4；如果△t·n≥T，则结束整个计算；其中，△t为时间步长，T为要求计算的总物理时间，n为时间步数；所述流体区域包括流体和导叶所占据的空间区域，导叶边界区域指围成导叶实体的边界面。