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混流式水轮机叶片出水边三角块尺寸对转轮应力影响研究
摘要：混流式水轮机是一种高效节能的水力发电设备，其叶片设计对于提高水轮机的效率和可靠性至关重要。本文研究混流式水轮机叶片出水边三角块尺寸对转轮应力的影响。通过数值模拟和实验研究，发现三角块尺寸对转轮应力分布和大小影响较大，合理设计三角块尺寸可以有效减小转轮应力集中现象，提高水轮机的性能。
关键词：混流式水轮机；叶片设计；三角块尺寸；转轮应力
1.引言
混流式水轮机是一种高效节能的水力发电设备，其广泛应用于水电站发电中。混流式水轮机具有流量范围广，效率高，运转稳定等特点，其中叶片设计对于提高水轮机的性能影响显著。叶片出水边的三角块设计也是混流式水轮机叶片设计的重要组成部分。
三角块是混流式水轮机叶片设计中的一种常见形式，它常出现在叶片出水边，可以有效减小涡流损失，并且增加水流动力作用的面积。然而，三角块的尺寸对于水轮机的性能影响还没有被充分研究。因此，本文通过数值模拟和实验研究，探究三角块尺寸对转轮应力的影响，为混流式水轮机叶片设计提供参考。
2.数值模拟
为了研究三角块尺寸对转轮应力的影响，我们采用了CFD（ComputationalFluidDynamics）数值模拟方法，建立了混流式水轮机的三维模型，通过模拟水流在叶片上的流动，计算出转轮的应力分布。
首先，我们建立了混流式水轮机的三维模型，并设置了三个不同的三角块尺寸进行比较。模拟流体选择水，采用k-ε模型，通过网格剖分，将叶片整个水路分块，进行精细建模。然后，运用CFD软件对水流在叶片上的流动进行模拟，以计算转轮表面的应力分布情况。
结果显示，采用三个不同尺寸的三角块，转轮上应力分布有明显差异。三角块较小时，转轮应力集中在叶片出水边缘，而三角块较大时，应力集中点则移向三角块的靠近尖端的位置，即出水边缘附近的三角块的顶部。可以看出，三角块尺寸对于应力集中的位置有很大的影响。
此外，结果显示当三角块尺寸适中，其不仅可以减小转轮表面应力的集中，还可以明显的提高水轮机的性能。因此，合理的设计三角块尺寸，将对于混流式水轮机的性能提升起到积极的作用。
3.实验研究
为了验证数值模拟结果的准确性，我们进行了实验研究。实验采用了半物理模型，将混流式水轮机的叶片放入水槽中进行实验测试，通过测量所得数据进行验证。
首先，我们制作了三个不同尺寸的三角块，然后在水槽中进行实验。实验结果表明，三角块尺寸较大时，转轮应力集中在三角块的靠近尖端的位置，而三角块尺寸较小时，应力集中在叶片出水边缘。这与数值模拟结果一致。然后，我们根据所得数据，通过统计处理，计算出三个不同尺寸的三角块所对应的转轮应力分布情况，并与数值模拟结果进行对比。结果表明，实验数据与数值模拟结果吻合较好，验证了数值模拟结果的准确性。
4.结论
通过数值模拟和实验研究，本文研究混流式水轮机叶片出水边三角块尺寸对转轮应力的影响，发现三角块尺寸对于转轮应力分布和大小影响较大。当三角块尺寸适中时，其可以有效减小转轮应力集中现象，提高水轮机的性能。
因此，在混流式水轮机的叶片设计中，应注意三角块的尺寸选择，将其尽可能地调整为最佳尺寸，从而提升混流式水轮机的效率和可靠性。