混流式水轮机蜗壳·导叶及转轮内部水流的二维与三维数值模拟比较分析

基于N-S方程和标准k-ε紊流模型,采用CFD计算流体力学软件对HLA616-WJ-55混流式水轮机原型机的蜗壳、导叶及转轮内部水流进行二维定常数值模拟,并与同型式水轮机的蜗壳、导叶及转轮内部流动三维数值模拟结果进行比较分析。结果表明,二维与三维蜗壳内部流动的规律基本一致,压力分布和速度分布比较均匀,流动状况较为理想。二维CFD分析能较全面地预测水轮机蜗壳、导叶及转轮内部流场的结构,数值模拟结果对水轮机选型和优化设计均具有重要的指导意义。     

基于内特性法的水轮机完整综合特性曲线

为解决目前水轮机过渡过程计算中确定水轮机边界条件时通常使用的外特性法和内特性法的不足之处,结合这2种方法的优点,提出一种在水轮机过渡过程计算中处理水轮机边界条件的方法,即根据综合特性曲线的数据,利用统计分析方法和水轮机基本理论公式,计算水轮机基于内特性解析方程的基本参数,如出流角α、转轮出口安放角β、转轮出口相对宽度b2、导叶相对高度b0、转轮出口相对半径r2,在特性曲线上的规律。将求得的结果用于我国某电站机组甩负荷过渡过程的计算,得出了变量随时间的变化规律,计算结果与实际情况相符合。这种外特性法和内特性法相结合的方法,弥补了单独采用内特性法或外特性法计算特性曲线存在的问题,而且对小开度区特性曲线的研究具有一定的参考价值。     

贯流式水轮机基本力特性的解析表达式

根据叶片式水力机械的广义基本方程式和贯流式水轮机导叶布置的几何特征，建立了一组基本力特性的解析表达式。该方程组适用于贯流式水轮机装置的稳定工作过程和过渡过程状态的分析与计算。用该方程组计算一些贯流式水轮机装置的过渡过程，结果表明它是正确和适用的。     

导叶对双流道水力透平机性能的影响

参考低比转速混流式水轮机的叶片设计原理与双吸泵的结构型式,设计出一种卧式双流道混流式水力透平机,对导水部件采用4种不同翼型导叶的方案进行了探讨,从定性和定量2个方面评价了各方案水力透平机性能的好坏.结果表明:利用传统的头部较厚的导叶不利于水流绕流,在引、导水部件处能量损失严重,而添加头部修型的负曲率导叶的水力透平机效率最优,且转轮叶片面上的流场分布非常理想,确定其为该设计要求下水力透平机的导叶叶型,为将来水力透平机的结构优化和性能预测提供了理论依据.     

天然河道分汊口闸段过流水流特性的试验研究

鉴于天然河道分汊口地形、水力条件复杂,流量分配不易控制,在实际工程中,拟建堰闸横向组合型拦河建筑物来调节侧汊流量。采用物理模型方法,在不同流量及闸门开度条件下,研究了新型拦河建筑物闸段过流对分汊河道水流特性的影响,利用经验公式对闸门流量系数进行了计算,并且与实测值进行比较。结果表明:闸段过流时侧汊分流比明显小于全断面过流,且闸门开度和来流流量均影响分流比大小。随闸门开度增大,侧汊分流比增大,且流量越小,增幅越大;当闸门开度相同时,流量越大,侧汊分流比越小。由于水力因素复杂性和拦河建筑物非对称性,拦河建筑物上游水位、流速分布不均,闸门开度相同,流量增大,上游水位最高点向闸段侧偏移;流量增大,闸门开度增大,上游流速峰值向闸段侧偏移;在总流量为3000m3·s-1附近,上游水位不随闸门开度变化。闸门开度一定时,流量越大,闸后消力池内Fr越大,消能效果越好。总流量为4600m3·s-1时,Fr在2.5～4.5之间,产生不稳定水跃;总流量为3000m3·s-1和1500m3·s-1时,Fr在1.0～1.7之间,产生波状水跃。利用三种现行公式计算的流量系数与实测值相比误差较大,现行公式对流量系数的影响因素考虑欠缺,本研究引入闸孔侧收缩系数ε对现行公式进行修正,该修正公式的计算值均在±10%误差范围内,结果较为精确。本试验结果不仅丰富了新型拦河建筑物附近的水流运动理论,也对河道整治、新型拦河建筑物设计等相关工程提供理论支撑。     

大型斜式轴流泵站进水流道的优化设计

本文建立了表达大型泵站进水流道三维可变形状的数学模型,并对各种不同形状斜式边水流道内的流场进行了有限元计算,以流道出口断面的流速不均匀度最小为优化设计的目标,在流道主要线性尺寸一定的前提下,获得最佳的斜式进水流道型线。     

幼鱼通过模型水轮机损伤情况试验研究

西藏水利工程的快速发展,给鱼类生态环境带来了负面影响.在水电站中,大坝建设阻隔了洄游性鱼类的洄游通道,鱼类过水轮机流道时会受到其内部高速旋转的转轮叶片撞击而出现损伤.本文通过水轮机模型试验台上分析13～15 cm长的幼鱼,获取在不同蝶阀开度下过机鱼体的轨迹和状态.结果表明:在"亲鱼型"水轮机模型下行试验中,幼鱼撞机率和...     

高黏石油管道球阀内油水环状流数值模拟

在油水环状流管道运输过程中,球阀启闭时流道截面变化会对油水环状流稳定性产生较大影响。利用VOF(Volume of Fluid)模型与CSF(Continuum Surface Force)模型追踪油水界面,采用标准的k-ε湍流模型,建立数值模拟控制方程,分析球阀在不同开度及不同入流速度下油水环状流的流动状态,并建立油水环状流试验平台进行验证。结果表明:数值模拟结果与试验结果一致,数值模拟能够很好地分析环状流在球阀内的流动;阀门开度对流型、油相体积分数、阀两端压力差、油相粘壁距离均产生影响,开度较小时,阀内与阀后出口管道的油水环状流遭到破坏,油相体积分数较小,阀两端压力差较大,油相容易粘附管壁;入流速度也对上述参数产生影响,较高的入流速度能够改善油水环状流的稳定性。     

水轮机汽蚀系数的计算误差分析

利用水力学理论、汽蚀机理、水轮机叶片内水流各速度的矢量关系以及水轮机的运行工况,对各种不确切性假设带来的计算误差进行定量分析,并总结出各种计算误差的总误差趋势——目前的推导计算使汽蚀系数σ值偏大。     

水轮机汽蚀系数的计算误差分析

利用水力学理论,汽蚀机理,水轮机叶片内水流各速度的矢量关系以及水轮机的运行工况,对各种不确切性假设带来的计算误差进行定量分析,并总结出各种计算误差的总误差趋势－目前的推导计算使汽蚀系数σ值偏大。