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摘要：对于大型发电厂的水力发电设备，水轮机占有着非常重要的地位，通过水力发电系统能够将动能转化为可再生能源，为人类提供电能，但在发电厂的水轮机机组运行过程当中会出现各种各样的问题，人们也在对水轮机进行不断的优化与设计，将CFD技术运用在水轮机机组设计过程当中，能够有效地对于水轮机进行优化与改造。本文根据CFD技术在水轮机设计及改造当中的运用进行了相关研究，希望能够推动水轮机的优化与设计，帮助提升发电厂的机组运行效率。
关键词：CFD技术；发电厂；水轮机；设计改造
引言：随着我国发电系统的不断发展，对于水轮机组的相关研究也不断的深入，越来越多的人将CFD技术运用在水轮机的研究与设计过程当中，并且已经取得了显著的成果。对CFD技术进行相关深入的研究，能够使整体的可靠性，准确性，准确性得到有效的提升，能够为发电站的优化与改造零部件的设计，工艺等提供相关优秀的软件平台，可以用较少的投资，有效的提高电厂的整体经济效率，并且能够对于电厂的水轮机组进行相关优化。
1水轮机改造
我国具有非常丰富的水利资源，通过水利资源进行发电，能够有效的产生电源。但目前水电厂所运用的水轮机多为苏联或美国在40～50年代的技术，年代久远的水轮机技术，在科技发展的今天，已经逐渐地体现了技术的落后，并且由于长时间的使用，整体机组运行效率以及产能都已经发满足人们的需求。水轮机整体的转轮效率偏低，并且在选择上水轮机与水轮发电机型的选择不够合理，随着长时间的运行，整体机组的运行条件受到了制造水平以及相机损坏等条件的影响，机组运行的条件逐渐恶化。而且有的发电厂通过长时间的运行，已经发生了较大的改变，原有的设计已经无法满足正常的生产与运行，伴随着许多机组存在着先天性的问题，严重影响了电厂的正常运行。由于整体机电设备的落后，而且技术老化设计水平低下等各方面的影响，许多水电厂的水轮机都面临着优化与改造的重大问题。所以人们的逐渐开始对水轮机组进行了相关的创新设计与优化。希望能够通过较少的资金投入来进行技术的改造，使水轮机能够提高运行效率，以达到提高电厂整体运行的作用。
2CFD技术
CFD技术就是我们所说的计算流体动力学，近些年来，随着科学技术的不断发展，CFD技术已经在许多领域得到了广泛的运用，尤其在对于发电厂的水轮机设计与改造过程当中占据着非常重要的地位。国外通过研究已经将CFD技术在水电厂的改造当中得到了运用，并且通过对不同水电厂的水轮机的蜗壳、导水结构等进行相关研究，运用CFD技术进行了改型设计，大大降低了投资的成本，并且提高了水轮机的整体效率。在许多的优化与改造过程当中都采用了先进的CFD技术。所以我国在对于水电厂的优化设计，对于水轮机的设计与改型过程当中，也要采用先进的技术进行相关的设计与改造，才能够提高整体机组的运行效率。CFD技术包括了许多全新的先进的科学技术，并且能够根据，水轮机不同结构的特点采用不同的相关技术进行优化。一直以来发电厂的水轮机设计都是通过模型的实验来进行相关的设计与研发，并且通过模型来进行验证，这一直是在水轮机的设计及验证过程当中所运用的方式。虽然这种方式能够进行准确的运行，但是这项技术需要耗费很长的时间，并且在进行实验过程中耗费大量的资源成本及其高，而且要进行相关的设计研发，就必须要制造一套完善的整体模型，在这其中要消耗大量的资源。所以在对于水轮机的优化设计过程当中，人们开始逐渐地运用先进的科学技术—CFD技术，将它融入到水轮机的设计过程当中，能够为电站的整体设计与改造发挥巨大的作用。通过CFD技术，对发电厂的水轮机进行相关的设计研发，能够不断的改善水轮机的性能，并且能够大大的减少在设计过程当中的成本，并且通过相关实验技术能够满足整体电厂的要求，电厂的设备进行良好的改造与运用。
3运用CFD技术对水轮机进行设计
电站的水轮机选型设计，由于型谱具有着非常广泛的特性，并且能够用于不同型号的水轮机集成，所以型谱一般是水轮机选型的主要依据，但对于不同的发电厂而言，要根据自身的特点来选择合适的，水轮机叶型才能够真正的使电厂的水轮机发挥最大的作用。随着科学技术的不断发展，计算流体力学，可以通过计算机来模拟相关发电厂水流的流场，并且能够通过相关的数据来建立其整体水轮机的不同流道的应用软件，并且根据这些软件所收集的数据信息，对于水轮机流道以及相关的叶型进行设计。在设计的过程当中，根据发电厂的设计参数来确定水轮机的比转速和过流部件的轮廓尺寸，根据这些数据以及参数，能够对于水轮机的蜗壳固定导叶、活动导叶、转轮以及尾水管部分进行水力设计。然后通过蜗壳进口与出口部分所经过水利的流量以及相关损失进行分析，就能够确定水轮机过流部件的相关尺寸，并且能够根据这些来进行不断的优化与设计。然后通过1到3个方案的模型来进行相关的检验，在验证的过程当中，不断的发现问题并且解决其中的问题，选择最佳的优化模型水轮机来满足相关设计。采取这些先进的方法，就能够对水轮机的内部组件进行优化，充分考虑了其中各个零部件之间的影响，并且能够，依靠内部零部件之间的相互影响，获取相关数据，通过对数据的分析，能够得到水轮机更加准确的参数，以便不断地对整体机组进行优化设计。是设计人员能够了解内部的流态特征，并且明确自身的设计存在的相关问题，及时的进行优化与改进。
利用CFD技术来模拟水轮机的全流道三维紊流流场，使水从水轮机的留到进口边界蜗壳进口处流入，然后从尾水管的出口边界流出。通过入口边界与出口边界压力边界条件，固壁条件等流动边界条件，收集相关的数据信息，进行相关的运算，然后建立合适的几何模型。对于蜗壳、固定导叶和活动导叶、叶片及转轮、尾水管都要建立相关的结构模型，
运用先进的CFD技术对水轮机的性能进行数字化的研究与探析，通过数字模拟技术给相关的设计人员提供整体的三维流场数据，并且能够对于二次第三次流的影响以及流态过程当中的物理特征，得到更加感性的认识，从而不断的提高在设计过程当中的能力。数字流体模拟技术能够使人设计人员更好地了解流体内部的数据变化，并且能够根据相关变化，更好地了解机械内部的性能，从而不断的优化相关设计，这就对运用CFD进行设计的人员要求。
4数字试验台在水轮机设计及改造中的运用
通过计算机来进行水轮机的模型试验，可以大大的缩短在设计开发过程当中的投入成本，并且能够有效的缩短设计周期。对于不同形态的模型试验结果进行数字模拟开发实验，可以最大效率的满足相关需求，并且能够使水轮机的设计不断地进行优化，准确的模型测试结果能够对于电站的改造起到非常巨大的作用
5结语
经过长时间的运转，老旧的水轮机设计在发电厂的运行过程当中，已经逐渐的无法满足电厂的需求，所以要采用先进的技术，对于水轮机进行优化与改造。计算机模拟流态分析技术就是我们所说的CFD技术，通过这一技术对水轮机进行设计与改造，能够大大的减少相关投资，并且提高水轮机模型试验的准确性，以此来提高电厂整体的发电效率。
参考文献：
[1]张美琴.分析CFD技术在水轮机设计及改造中的应用[J].科学技术创新,2015(29).
[2]罗宏博.基于CFD的水轮机转轮改型设计[D].兰州理工大学,2011.
[3]宋海辉,匡和碧.CFD技术在水轮机转轮抗空蚀改造中的应用[J].中国农村水利水电,2004(10)：100-102.
[4]郑小波.水轮机过流部件的优化设计和振动特性分析[D].西安理工大学,2006.
[5]刘祯楠,刘瑞楠.浅析贯流式电站机组泡头进人孔的设计不足及改造方案[J].科技创新与应用,2015(22)：53-53.