[发明专利]一种导流罩与水动力涡轮相互作用的计算方法

说明书

本发明涉及一种导流罩与水动力涡轮相互作用的计算方法，属于水力机械及其系统技术领域。本发明包括步骤：A、调用流体计算动力学模块，分别获得裸水动力涡轮和带导流罩水动力涡轮的轴向推力系数和功率系数；B、分别计算裸水动力涡轮和导流罩水动力涡轮的轴向诱发因子a_t和a；C、调用流体计算CFD模块，获得裸导流罩的轴向诱发因子a_d；D、轴向诱发因子之间的关系可表示为a＝a_t+a_d+a_i,a_i代表导流罩与转轮之间相互作用，a_i+a_d代表导流罩水动力涡轮相对于裸水动力涡轮的获能特性改变程度。针对导流罩水动力涡轮，本发明弥补量化导流罩水动力涡轮中导流罩与转轮之间相互作用大小的技术空白。

技术领域

本发明涉及一种导流罩与水动力涡轮相互作用的计算方法，属于水力机械及其系统技术领域。

背景技术

在水力机械及其系统领域，如何量化导流罩水动力涡轮中导流罩与转轮之间相互作用大小，以及这种相互作用如何影响导流罩水动力涡轮的能量获取性能，一直是水力机械系统中导流罩水动力涡轮设计优化的难点之一。传统的设计导流罩水动力涡轮时，将导流罩和转轮设计割裂开来，分别独自设计最优的导流罩和转轮部件，往往忽略导流罩与转轮之间相互作用，导致导流罩和转轮部件组装后实际的输出功率大大下降，能量获取效率大大降低。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供了一种导流罩与水动力涡轮相互作用的计算方法，可精确计算导流罩和转轮部件的相互作用，进而根据相互作用的大小，进一步优化导流罩水动力涡轮整体匹配设计，有利于提高导流罩水动力涡轮的获能效率，以弥补量化导流罩水动力涡轮中导流罩与转轮之间相互作用大小的技术空白。

本发明采用的技术方案是：一种导流罩与水动力涡轮相互作用的计算方法，具体步骤如下：

Step1、调用流体动力学计算模块，获得裸水动力涡轮的轴向推力系数和功率系数，计算裸水动力涡轮的轴向诱发因子a_t；

Step2、调用流体动力学计算模块，获得导流罩水动力涡轮的轴向推力系数和功率系数，计算导流罩水动力涡轮的轴向诱发因子a；

Step3、调用流体动力学计算模块，获得裸导流罩的轴向诱发因子a_d；

Step4、轴向诱发因子之间的关系表示为a＝a_t+a_d+a_i,a_i代表导流罩与转轮之间相互作用，a_i+a_d代表导流罩水动力涡轮相对于裸水动力涡轮的获能特性改变程度。

具体地，所述导流罩水动力涡轮包括导流罩、转轮两部分，所述裸水动力涡轮仅包括转轮部分，所述裸导流罩仅包括导流罩部分，所述流体动力学计算模块可以采用任意的计算流体动力学商用模块或自编程序计算。

具体地，所述步骤Step1中，裸水动力涡轮功率系数C_Pt和轴向推力系数C_Tt分别定义为C_Pt＝2P_t/ρAU³,C_T＝2T_t/ρAU²,其中，P_t为裸水动力涡轮输出功率，T_t为裸水动力涡轮轴向推力，ρ为流体密度，A为转轮扫过的面积，U为自由来流速度，裸水动力涡轮的轴向诱发因子a_t＝1-C_Pt/C_Tt。