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水轮机 相似理论
第三章 水轮机的相似理论与模型试验
第一节 水轮机的相似理论与单位参数
对水流在水轮机内的运动规律作了很多研究,
获得了不少成就。实际情况十分复杂,到目前为
止,尚没有完全掌握这种规律。
理论分析不能十分正确地反映水流在水轮机内
的运动规律,原因:引入假设条件。
通过模型试验,对理论计算加以校核。
近年来CFD技术在水轮机中的应用发展迅猛。
对直径大于1米的水轮机来说,如进行水轮机原
型实验来修正理论计算,既不经济,又非常困难、
不可能实现。
模型试验:在实验室条件下,将水轮机原型按比例
缩小为模型,通过模型试验修正理论计算。
优点:可保证制造速度快,费用低、试验测量方便
且又正确,同时可以进行多个方案的试验,取其最
好的方案。
需解决的关键技术:
1、模型与原型如何保持相似?
2、模型试验结果如何换算到原型?
水轮机相似理论:研究水轮机模型与原型相似关系
的理论。
水轮机系列:水轮机的相应尺寸大小不等,但过流
部件几何形状相似,成同一比例。
同系列水轮机的特性参数在一定的条件下,存
在着一定的相似关系。水轮机原型可以按比例缩小
为模型进行研究。
一、相似条件
水轮机相似条件:模型与原型水轮机满足这些条
件后,模型与原型中的水流流态相似,即模型
水轮机中的水流运动就是原型水轮机水流运动
的缩影,此时模型与原型水轮机水力性能相似,
因而也有相似的工况。
1、几何相似
两个水轮机过流部分几何形状与表面糙度相同,
并且一切相应的线性尺寸成比例。
几何相似实质:原型与模型水轮机主要过流部件形状
应相同,只是大小不等,其中转轮形状必须相同,叶
片相应的角度相等。
1 1M 2 2M
2 2M
D b a
1 0 0
D b a
1M 0M 0M
2、运动相似
两个水轮机所形成的液流,相应点处的速度
同名者方向相同,大小成比例,相应的夹角相
等。即相应点处的速度三角形相似一般也称其
为等角工况。
V u W
1 1 1
V u W
1M 1M 1M
1 1M 1 1M
3、动力相似
两个水轮机所形成的液流中各相应点所受的
力,数量相同、名称相同,且同名力方向一致,
大小成比例。作用在液流上的力主要有压力、
惯性力、粘性力和重力等,同时包括相同的边
界条件。
抓住主要矛盾,忽略某些次要条件,待由模型
换算到原型去时,再进行适当的修正。
二、相似定律
相似工况:同一系列水轮机保持运动相似的工况。
相似定律:水轮机在相似工况下运行时,其各工作参
H V r V r
数 (如水头、流量、转速等)之间的固定关系。
s u 1 1 u 2 2
g
1
H V U V U
s u 1 1 u 2 2
g
V U ; V U ; U V ; U V
u 1 1 u 2
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