水泵水轮机全特性曲线的改进Suter变换

水泵水轮机的全特性曲线在水泵工况和反水泵区表现出"S"型特征,曲线存在交叉和重叠现象,这种流量和转矩的多值性会给过渡过程分析带来不便.采用改进的Suter曲线变换方法,将水泵水轮机在四象限内的全特性曲线转换为2组周期性变化的曲线,即WH(x,y)线和WM(x,y)线;在保持原有数据曲线特性不变的基础上,对水泵水轮机的全特性曲线进行了变换处理,然后采用最小二乘曲面拟合数学模型对变换后得到的WH曲线和WM曲线进行曲面拟合,得到了2组曲线的三维曲面拟合图.变换后的WH曲线和WM曲线平滑光顺,成为2组近似平行的曲线,消除了Suter转换曲线的分布不均匀和插值多值性等缺陷,从而消除了水泵水轮机全特性曲线在水泵和反水泵区的交叉和重叠现象以及曲线两端的分布不均匀现象,为水泵水轮机的过渡过程分析提供了方便.     

水泵水轮机压力脉动传播特性试验研究

压力脉动是影响水泵水轮机运行稳定性的主要因素。现有研究更多关注高频压力脉动的频域和传播特性,而小于叶频的低频也是压力脉动的主要来源。采用试验方法研究压力脉动可以得到更准确的结果,不易遗漏主要频率成分。通过从蜗壳到尾水管布置不同的压力脉动监测点,采用试验方法研究了水泵水轮机分别在水轮机和水泵工况时,过流部件内压力脉动高频成分和低频成分的上下游传播特性。结果表明,水轮机和水泵工况下,无叶区压力脉动幅值最大,主频为叶频及其倍频,向上下游传播时,急剧减少,传播性较弱;压力脉动幅值较小的转频,向上下游传播时衰减较少,具有较强的传播性;其它监测点处小于叶频的频率成分增加。水轮机工况时,形成于蜗壳进口和锥管处小于转频的低频频率,具有较强的传播性,而转轮可以削减其传播能力。水泵工况时,小于叶频的频率成分大多在无叶区最大,向上下游传播时有所衰减;低频f/f_n=0.006具有较强的上下游传播特性,偏离最优工况时,向上游传播会有所增强;转频的倍频f/f_n=3的压力脉动幅值较小,但在整个流道中无衰减。     

水泵水轮机水轮机制动区的流动特性

为研究水泵水轮机水轮机制动区的不稳定流动特性,根据某抽水蓄能电站建立水力模型,应用计算流体动力学软件Fluent模拟其流动特征．采用SST k-ω模型和SIMPLEC算法计算水轮机制动工况的内流场和外特性,并结合试验数据进行对比验证．结果表明,水泵水轮机在水轮机制动工况随流量的变化水头变化不大,在力矩为0时的水头最低;导叶开度越大,进入制动区时所需的转速越高,且流量越大,可以通过调节导叶开度防止水泵水轮机进入制动区;导叶工作开度下力矩为0时的流场不存在涡结构,随着流量的减小,在叶片和活动导叶的进口以及固定导叶和活动导叶之间出现大量的回流涡,并且呈现出类周期性分布特征;转轮中的回流涡是由于前倾式叶片的倾角较大产生的,导叶中的回流涡是由于流体流动方向与导叶叶片的冲角引起的．以上结论可为水泵水轮机的优化设计提供一定的理论基础．     

离心水泵用作水轮机时的特性分析及问题讨论

给出了离心水泵双向运行的特性分析,确定了离心水泵用作水轮机的适用范围;同时,提出了它用作水轮机运行时所存在的问题以及对这些问题的处理。     

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.     

水泵水轮机泵工况空化特性与转轮受力分析

为研究水泵水轮机在水泵工况运行时的空化特性及转轮受力情况,以某一抽水蓄能电站水泵水轮机模型为研究对象,基于Zwart空化模型和SST k-ω湍流模型,进行不同空化数下全流道三维非定常数值模拟和分析,并与实验结果进行对比验证,探讨了转轮及活动导叶中间流面的湍动能分布、叶片上的气泡体积分布和载荷分布,并定量分析了转轮受力情况。结果表明:数值分析结果成功捕获了空化的具体发展过程;随着进口总压的降低,转轮出口的湍动能逐渐增加,空泡首先在叶片吸力面靠近前缘处产生,然后沿流线向出口方向和叶片压力面扩展;由于动静干涉及蜗壳形状的不对称性,转轮径向力变化的周期性和对称性逐步被破坏,揭示了低空化数下水泵水轮机在水泵工况运行时性能变差的主要原因。     

可逆式水泵水轮机泵工况的驼峰特性

为了研究可逆式水泵水轮机泵工况的驼峰特性,通过非定常分离涡模拟（DES）的方法,计算不同流量工况下机组的内部流场特征.根据机组对应工况下的模型试验,对机组流道中的流态特征进行对比分析,特别对扩散流道损失以及转轮与导叶之间的动/静干涉现象进行研究,探讨驼峰特性产生的具体原因.结果表明：机组在小流量工况下运行时,转轮出口流动呈现明显非对称性;紊乱的流动特征引发转轮内部与扩散段中产生涡结构与二次流结构;由于不良流态的出现,过流部件水力损失显著上升,并引发扬程的下降,导致机组形成扬程-流量曲线的驼峰区域.因此,改善小流量工况下转轮内部流态对于改善水泵水轮机驼峰特性具有重要的作用.该研究内容阐明了驼峰特性对水泵水轮机造成不良影响的机理,对改进机组水泵工况的水力性能提供了参考与帮助,对于水泵水轮机的稳定运行具有重要意义.     

混流式水泵水轮机全特性曲线S形区流动特性

混流式水泵水轮机转轮的离心效应较混流式水轮机明显,形成了全特性曲线上的S形特性。该S形区水泵水轮机流道内流动状况很不稳定,为了详细了解该区域的流动特性,选取等开度下水轮机工况、水轮机飞逸工况、零流量附近水轮机制动工况、零流量附近反水泵工况以及反水泵工况等5个工况点进行全流道定常流和非定常流数值分析。定常流动分析表明:全特性曲线上的S形区转轮和导叶流道内存在大量的涡,消耗了大量的水能,致使机组输出功率很小。非定常流场计算表明:在S形过渡工况区,蜗壳与尾水管直锥段内的压力脉动频率与幅值均相近,且幅值小;而导叶至叶片的无叶区和叶片进口的压力脉动幅值高,主要为高频脉动。     

水泵水轮机转轮三维反问题设计与特性研究

采用全三维反问题设计方法,按照水泵工况确定设计参数,从水轮机方向进行流场计算,完成某一中高水头水泵水轮机转轮的水力设计。针对设计开发的转轮,通过模型实验测试其在不同运行工况下的性能。结果表明,设计的水泵水轮机转轮在水泵工况下的最高机组效率达到91.34%,且机组运行平稳;水轮机工况的最高机组效率为88.5%。基于全流道粘性数值计算的转轮内部流动分析表明,水泵工况下,水流光顺地通过流道,转轮内部流动损失较小;水轮机工况下,转轮进口附近存在较严重冲击损失且叶片背面低压区面积较大,影响转轮的作功能力。     

水泵水轮机不同导叶开口的驼峰特性

为研究水泵水轮机在不同导叶开口下的驼峰特性,对某一电站水泵水轮机模型水泵工况进行试验,得到不同导叶开口下的驼峰特性曲线,结果表明随着活动导叶开口减小,在低负荷区水泵工况扬程越高,扬程趋势越陡,同时驼峰现象更明显,但是驼峰区域变小.在试验研究的基础上,对该模型进行三维实体建模,并进行网格划分,采用SST k-ω模型、标准k-ω模型、RNG k-ε 模型和标准k-ε模型分别对19 mm活动导叶开口下各个工况点进行数值模拟,最终确定SST k-ω湍流模型能够较好地符合试验结果.分别选取13,19,25 mm活动导叶开口进行数值模拟,得到水泵工况的扬程、力矩和效率与流量的关系曲线,与试验结果对比,其变化趋势一致.针对19 mm活动导叶开口低负荷工况点、驼峰区工况点、最优工况点和超负荷工况点进行流动特性对比分析,表明驼峰特性与转轮流道内和固定导叶部分流道内的流动分离及旋涡有关.     

基于图形处理器的三维表面质量快速评定技术

针对三维表面粗糙度评定中表面测量数据量大且计算复杂度高,常用处理方法不能满足实时测量要求的问题,提出了一种基于图形处理器(GPU)的三维表面形貌测量数据快速评定方法,应用CUDA平台开发了基于GPU的并行处理算法,在此基础上实现了三维表面质量的快速评定。实验结果表明,该方法在保证计算精度的同时,运算效率提高了60倍以上,可满足三维表面质量在线评定的要求。     

水泵水轮机飞逸稳定性及其与反S特性曲线的关联

抽水蓄能电站的安全稳定运行与水泵水轮机反S特性直接相关。在电站甩负荷工况下,时有发生调速器事故,导致水泵水轮机导叶拒动,使机组进入飞逸工况。而由于水泵水轮机的反S特性会使得机组参数不能像常规水轮机一样快速收敛,甚至出现振荡的现象,导致事故进一步扩大。针对布置有下游调压室的抽水蓄能电站,采用线性化处理方法获得了水泵水轮机反S特性曲线的传递函数,并建立了流道-水轮机-发电机耦合的常微分数学模型,并进一步推导了水泵水轮机飞逸工况稳定性的判别条件。结果表明飞逸振荡的现象由多种因素共同决定,其中水泵水轮机飞逸点的曲线斜率为关键因素。利用已建立的物理模型平台,对这些影响因素进行了分析,并验证了所得的理论分析结论。     

基于自适应邻域Harris算子的三维对象检索方法

针对三维对象检索过程中在对象旋转、灰度改变等复杂情况下检索精度不高的问题,提出一种三维对象检索方法。将Harris算子扩展运用到三维对象,自适应地确定顶点的邻域大小,然后根据Harris函数响应值选取兴趣点。利用兴趣点构建三维对象具有全局形状特征的距离直方图,将距离直方图作为三维形状的描述符进行检索。实验结果验证了算法的有效性,提高了检索的查全率和查准率。     

用转轮内三元流动计算对泵叶轮进行改型设计

在有厚翼栅奇点解法的基础上，利用一种考虑叶片厚度影响的叶片式水力机械转轮内准三元流动新的分析方法、准确计算了泵叶轮叶片表面上的速度与压力变化分布规律，获得了许多水力性能评估参数；通过评价这些参数，对叶片型线进行了修改，获得了比较满意的结果。为叶轮的改型设计提供了一条较有价值的新途径。     

对准三元理论S2流面求解的基本方程的分析

流体质点运动微分方程是以准三元理论计算叶片机械流面相对速度分布的基础性方程，这一方程有两个差异较大的形式。文中详尽分析了这一基础方程不同形式的特点和它们各自的物理意义的区别，为发展S2流面的计算与求解提供了更准确的基础。     

基于工序切削体的三维公差模型

在工序特征识别的基础上,提出了一种基于工序切削体的三维公差建模方法。该方法视毛坯模型为零件模型和工序切削体集合的装配体,利用小位移旋量描述零件和工序切削体的公差旋量,计算各旋量的变动约束;构建工序切削体集合的公差网络图,探讨设计公差在工序公差网络中的传播机制,建立工序公差累积模型,为工序公差设计提供基础。最后,通过实例验证该方法的有效性,并说明基于该建模理论的工序公差分配方法。     

基于彩色伪随机编码与角点检测的三维重构法

提出一种采用投影仪投射彩色伪随机编码图像实现物体高精度三维重构和测量的方法。首先设计了彩色伪随机编码投影模板,在Harris角点检测的基础上,提出了彩色角点提取算法,利用二次曲面拟合实现了角点亚像素定位,使左、右摄像机摄取的图像反生成伪随机阵列,从而实现特征点的快速匹配,并最终得以重构。     

基于坐标变换的玉米根茬三维模型建立

提出了一种将玉米根茬结构离散化为多段根节,根据实测统计参数,以坐标变换为理论基础创建玉米根茬随机三维模型的方法.创建模型过程中,采用NURBS曲线拟合的方法处理实测数据,分别以NURBS曲线和NURBS曲面进行形态创建和表面创建.以Matlab软件、三维CAD软件为工具,以IGES文件为接口将创建的玉米根茬模型导入三维CAD软件和有限元分析软件.所建模型可用于玉米根茬力学性能分析研究.     

基于响应面法的旋流泵优化设计

以旋流泵最高效率、高效区范围及在小流量区的扬程-流量曲线稳定性为目标函数,先采用Plackett-Burman试验设计筛选结构参数,并根据结构参数对目标函数的影响将其划分为3个等级:显著因素、次显著因素和非显著因素;再由中心复合设计和Box-Behnken设计及响应面分析确定各级结构参数的最优设计点.该方法以CFD计算结果为基础,构造旋流泵的结构参数与多目标函数的响应面近似模型,分析了结构参数间的交互效应.对最优设计点的泵进行了试验研究,试验结果与CFD计算值吻合,在设计工况下效率的相对误差为4.89％,且较优化前的模型在性能上有明显改善,表明基于试验设计和响应面法可用于旋流泵的优化设计.     

基于Pro/ENGNEER的叶轮参数化三

为了使叶轮设计更加方便明了，利用Pro/ENGINEER软件的二次开发工具Pro/Program和Family Table，采用基于特征的参数化设计方法，编制程序，对旋流泵最常用的径向叶轮结构形式进行三维造型，并且制成便于文件管理的零件族表。通过人机对话，实现了参数化三维设计。