带分流叶片水泵水轮机转子强度及模态分析

以带分流叶片的水泵水轮机为研究对象,基于CFD与FSI方法分析其泵工况下转子的振动特性,对3种开度即小开度9.8°、最优开度17.5°和大开度24.8°下的流场进行数值模拟,将额定工况下的流场结果导入转子结构实现单向流固耦合,对带预应力的转子模型进行形变与等效应力分析.此外,还计算了转轮的干湿模态,对比分析了不同条件下转轮的振动特性.结果表明:不同开度对应的预应力下转轮形变与等效应力分布规律相似,转轮形变主要发生在上冠低压侧.按ND(节径数)在转轮圆周方向划分振动扇区描述振型规律时发现,各扇区内转轮上冠、下环低压侧的振幅较大.湿模态下水介质对转轮振型影响不大,但会明显降低转轮的振幅.预应力对转轮固有频率影响较小,可忽略不计,但在湿模态下,转轮固有频率会显著下降,这表明分析结构振动特性时应充分考虑水介质作用.     

长短叶片尾缘形状对离心泵性能与动静干涉的影响

为探究带分流叶片离心泵内长短叶片尾缘形状对其性能与动静干涉的影响，对长短叶片尾缘压力面与吸力面分别进行不同厚度切削，采用SST-SAS湍流模型对各方案进行非定常数值模拟，结合外特性与PIV试验结果验证其计算准确性，并基于压力脉动、涡量分布分析泵内动静干涉变化。研究结果表明：离心泵长短叶片尾缘压力面切削PSF可有效提高离心泵额定流量点效率，且切削厚度越大，效果越显著，长短叶片尾缘压力面切削PSF还可有效改善额定流量下的离心泵动静干涉效应，减小压力脉动能量损耗，提高离心泵性能，并延长叶片使用寿命，而吸力面切削SSF则会大幅加剧离心泵动静干涉效应。压力脉动与涡量频域分布说明，离心泵叶轮流道内动静干涉主要频率成分为轴频及其倍频，蜗壳流道内动静干涉的主频与次主频分别为fB与0.5fB。对比各方案长短叶片尾缘附近主频涡量得出，短叶片尾缘切削效应较长叶片更为显著。短叶片经过隔舌时涡结构演化程度较长叶片更为剧烈，这一现象导致了长短叶片尾缘附近动静干涉的差异性，由此产生次主频0.5fB。     

含有窝气的虹吸整流输水管道水力损失计算与试验研究

为了研究输水管道窝气对管路水力损失的影响,对1套包含小坡度长下坡段的管路系统分别在自然重力进流、低虹吸进流、高虹吸进流(虹吸进口装有整流装置)条件下进行管道满流与带气试验测量.创新建立窝气阻力系数β定量表示窝气阻力造成的水力损失增加,提出了整个管路窝气阻力系数的计算公式.基于试验数据分析了不同进流方式在带气与不带气条件下的管路阻力特性,并验证了窝气形成气阻机理的存在.研究结果表明:输水管道窝气会减小管道有效过流面积,造成管路水力损失显著增加,且管道的高低起伏越多,管路中弯头、变径管件数量越多,管道窝气阻力系数β越大;虹吸式进流在整流装置的作用下,较自然重力式进流会降低管道摩擦系数,并且高虹吸下的水力摩擦系数最小;通过合理设计,虹吸整流装置的多孔结构可以根据管道流量的大小不断自动调节其自身的阻力和开度,有效控制管道入口进气.