可调导叶式轴流泵马鞍区水力特性试验研究

为了分析不同导叶安放角对轴流泵在马鞍区工况运行时的影响,探究导叶角度的优化规律,在水泵模型试验台上,对一种新型可调导叶式轴流泵的外特性进行测试,得到不同导叶安放角下H-Q、η-Q、P-Q曲线,分析了导叶安放角对轴流泵马鞍区水力特性的影响.试验结果表明:相同流量工况下轴流泵的扬程和效率随着导叶安放角由0°向-5°调节而增大,调节导叶安放角,能够有效抑制叶片背面脱流旋涡的扩散,显著改善轴流泵出口的流态,提高动能回收的比例;在马鞍区工况下,扬程最大提升0.15m,为设计扬程的4.69%,效率最大提升1.93%;马鞍区起始点流量向小流量偏移了0.00494m3/s,马鞍区范围减小了6.64%,拓宽了轴流泵稳定运行的区域;导叶安放角在-5°～0°的调整过程中,轴流泵的轴功率没有明显变化;在本次试验条件下,导叶安放角为-5°时马鞍区水力特性改善效果最明显,但仍有进一步提升的空间.     

进水池表面吸气涡数值模拟与试验

为了有效地消除表面吸气涡,对进水池内流场进行了数值计算,模拟了表面涡吸气的动态过程;建立了试验模型,验证CFD方法的可靠性;并提出了圆形盖板消涡装置,探求其有效性;采用了螺旋度密度分析法,揭示了表面涡的吸气及其抑制机理。结果显示:采用的CFD方法可以较好地预测表面吸气涡的动态过程;吸气准备阶段,自由水面出现凹陷,喇叭管进口附近形成螺旋度密度管;随着气体从自由水面进入水体,自由水面下方形成另一螺旋度密度管;当连续气柱形成时,两个螺旋度密度管相互连通,形成气体通道;通过在自由水面和喇叭管进口之间放置一定尺寸的圆形盖板装置,可以消除表面吸气涡。     

双吸式离心泵叶片吸力面泥沙磨损破坏规律与形成机制研究

离心泵叶片泥沙磨损是引黄泵站面临的工程难题,采用模型试验及数值模拟相结合的方法,分析了双吸式离心泵叶片出口的磨损破坏规律及其形成机制。采用多层涂层法、丝线法和内窥式成像技术对叶片的磨损特征和近壁面流态进行了分析,并结合数值模拟分析了叶轮流道内的旋涡结构及颗粒轨迹。研究发现：叶片吸力面出口存在左右近似对称的“三角形”磨损破坏区域,该区域存在明显的流动分离;叶轮内的叶道涡和出口回流涡是导致叶片吸力面出口磨损的主要原因。源于叶片压力面进口的叶道涡诱导泥沙颗粒向叶片吸力面出口聚集,造成吸力面出口的集中磨损;叶片吸力面出口附近存在的回流涡诱导颗粒进行轴向旋转运动,加剧叶片吸力面出口的磨损破坏。本研究为双吸式离心泵的抗磨损设计提供了理论支撑。     

不同形式泄水锥对水轮机压力脉动的影响分析

采用Realizable k-ε模型对模型混流式水轮机全流道非定常湍流进行模拟.针对两种导叶开度,分析了原型泄水锥、加长型泄水锥和圆头型泄水锥对水轮机压力脉动的影响,分析结果表明:加长型泄水锥和圆头型泄水锥均可达到降低尾水涡带振动能量的目的,不同形式泄水锥的减振效果与水轮机的运行工况有关;改型泄水锥使泄水锥下方的最低压力值显著升高,涡带长度缩短,提高了水轮机的空化性能和运行稳定性能;圆头型泄水锥在提高水轮机空化性能方面优势更明显;改型泄水锥较原型泄水锥占据了更多的过流空间,但对水轮机的流量影响不明显.     

双吸式离心泵叶片头部形状对泥沙磨损的影响

为了提高离心泵的抗磨蚀能力,采用欧拉-拉格朗日多相流模型模拟了水泵内水沙两相流运动,并利用离散相冲击磨损模型,对4种不同叶片头部形状下的叶片泥沙磨损情况进行了分析.结果表明:叶片上发生严重磨损的区域主要分布在叶片的头部和尾部,其中吸力面的平均磨损强度高于压力面;叶片磨损强度受相对流速分布和冲击角的影响,改变叶片的头部形式可改变叶片的泥沙磨损强度;缩短叶片头部外缘一侧的长度,可以使叶片头部的相对流速分布更均匀,改善叶片头部和尾部的集中磨损,但会降低水泵扬程;缩短叶片头部外缘一侧的长度,同时增大内缘一侧的相对液流角,可以有效改善叶片表面的泥沙磨损,并使水泵扬程略有提高.     

带可调式前置导叶轴流泵空化性能试验

以一台带可调式前置导叶轴流泵为研究对象,在闭式试验台上进行了非额定工况的空化性能试验,揭示了前置导叶对轴流泵空化性能及进出口压力脉动的影响。空化性能曲线表明:安装前置导叶后,水力损失增加,扬程下降,但临界汽蚀余量减小,空化性能得到改善;前置导叶由负角度向正角度调节时,虽然扬程逐渐降低,但抗汽蚀性能得到增强。压力脉动分析结果表明:空化初生时,设置前置导叶后进出口压力脉动幅值均增加,且峰值主要出现在叶频及其谐频处,临界空化与空化严重时,进口压力脉动主要集中在低频处,出口则呈现宽频脉动特性;流量降低时,泵内流态紊乱,前置导叶对压力脉动幅值影响较小,且脉动峰值出现位置随前置导叶角度变化而改变。     

虚拟泵模型在泵站CFD模拟中的应用

采用Realizable k-ε模型,对某轴流泵装置进行了全流道数值模拟.基于Navier-Stokes方程特点和泵QH曲线提出了一种在缺乏水泵叶轮数据的情况下对泵站全流道进行数值模拟的新的方法,即虚拟泵模型.针对虚拟泵模型和真实泵模型,比较了泵站装置特性曲线以及进水流道压强分布、流速分布.分析结果表明:虚拟泵模型模拟的装置特性曲线和真实泵模型非常接近;进水流道的压强分布与真实泵模型相似,数值略小于真实泵模型;进水流道的流速分布与真实泵模型非常接近,但真实泵模型的流速分布更加均匀.     

可调导叶式轴流泵马鞍区水力特性试验研究

为了分析不同导叶安放角对轴流泵在马鞍区工况运行时的影响,探究导叶角度的优化规律,在水泵模型试验台上,对一种新型可调导叶式轴流泵的外特性进行测试,得到不同导叶安放角下H-Q、η-Q、P-Q曲线,分析了导叶安放角对轴流泵马鞍区水力特性的影响.试验结果表明:相同流量工况下轴流泵的扬程和效率随着导叶安放角由0°向-5 °调节而增大,调节导叶安放角,能够有效抑制叶片背面脱流旋涡的扩散,显著改善轴流泵出口的流态,提高动能回收的比例;在马鞍区工况下,扬程最大提升0.15m,为设计扬程的4.69％,效率最大提升1.93％;马鞍区起始点流量向小流量偏移了0.004 94 m3/s,马鞍区范围减小了6.64％,拓宽了轴流泵稳定运行的区域;导叶安放角在-5°～0°的调整过程中,轴流泵的轴功率没有明显变化;在本次试验条件下,导叶安放角为-5°时马鞍区水力特性改善效果最明显,但仍有进一步提升的空间.     

楔形槽对离心泵口环磨损的影响分析

采用欧拉-拉格朗日多相流模型,对双吸式离心泵内的含沙水流进行了模拟,分析了楔形槽对口环附近泥沙浓度的影响,分析结果表明:口环附近流速较低,对泥沙颗粒的携带能力较弱,导致泥沙浓度较高,口环快速磨损;采用楔形槽可以提高邻近区域水流相对速度的径向分量,有效阻止泥沙颗粒在进入缝隙,降低了口环附近区域的泥沙浓度,减少口环的磨损,起到动态密封的效果;楔形槽增加了叶轮出口压力,水泵扬程得以提高。     

水泵水轮机在水轮机工况下压力脉动特性

为了研究水泵水轮机在水轮机工况下的压力脉动特性,采用SST k-ω湍流模型对模型水泵水轮机在水轮机工况下的三维非定常湍流进行模拟.在试验验证的基础上,通过调整活动导叶的开度以实现机组不同的运行工况,分析了3种流量工况下导叶、转轮和尾水管内的压力脉动规律.结果表明,尾水涡带形态和旋转方向对机组压力脉动的影响很大:在小流量工况下,尾水涡带为螺旋状,旋转方向与转轮转动方向相同,转轮出口产生强烈的低频压力脉动,转轮叶片上的压力脉动频率约为转轮转频的0.62倍,尾水管压力脉动主频约为转轮转频的0.36倍;在最优工况和大流量工况下,尾水涡带变为管状,转轮出口压力脉动幅值变小,在转轮叶片表面检测到与尾水管压力脉动主频相同的压力脉动;大流量工况下涡带旋转方向与转轮旋转方向相反,尾水管内压力脉动的最大值出现在弯肘段区域.