低水头贯流式水轮机运行特性数值仿真

通过建立非稳态过程的三维湍流数值模拟方法,设定进口压力呈周期性变化,且在转轮转速处于变化和不变的情况下,对某种新型无调速机构的低水头贯流式水轮机的运行特性进行了数值模拟.数值计算结果表明:在转轮转速随进口压力变化,且进口压力呈振幅为14%的正弦变化时,转速增大和减小的幅度分别为0.76%,0.21%,且其变化趋势滞后进口压力变化1/4周期;而流量的变化在极值处分别增大8%和2.5%;受进口压力变化的影响,转速变化时水轮机效率的下降幅度10.76%大于上升幅度4%.结果同时揭示了在2种情况下,水轮机力矩、流量、功率以及效率随时间的变化规律,并分析了在进口压力变化过程中,机组转轮区子午截面、转轮叶片压力场的瞬变过程,可为电站后期电气控制设备的选型提供参考依据.     

中小型灯泡贯流式水轮机参数的选

近年来,湖南省怀化市小水电建设领域里涌现出许多低水头径流式水电站,如中方县牌楼水电站(3×6.3 MW)、麻阳县锦江水电站(3×4.5 MW)、怀化市红岩水电站(2×5.0 MW)、芷江县长泥坪水电站(2×10 MW)、麻阳县江口水电站(3×3.5MW)等。灯泡贯流式水轮发电机组具有效率高、过流能力大的技术经济优势,与常规轴流式机组相比,约可节省电站建设费用10%,而且运行稳定、空蚀轻微,每年尚可多发电量4%左右,具有很强的竞争能力,因此在低水头径流式水电站中得到越来越广泛的应用。选择水轮机的主要工作是决定转轮型式、机组台数、额定水头、转轮直径…     

贯流式水轮机固液两相数值模拟

为了研究不同泥沙直径对贯流式水轮机全流道磨损情况,基于雷诺时均N-S方程,采用欧拉-拉格朗日法并结合多面体网格技术、Realizable k-εTwo-layer湍流模型对贯流式水轮机全流道进行三维非定常固液两相流数值模拟.结果表明:同一泥沙浓度下随着泥沙直径的增大,进水管道上端面磨损较小而下端面磨损较大,当泥沙直径为...     

轮缘间隙对贯流式水轮机转轮内部流动特性研究

以柴家峡电站原型机为研究对象,采用数值计算对水轮机转轮区域空化现象进行了系统的研究.通过改变轮缘间隙的距离,对灯泡贯流式水轮机不同轮缘间隙时的空化现象进行模拟,比较了不同间隙值转轮空化的发生状态,分析了轮缘间隙值变化对水轮机转轮空化性能及流场压力脉动的影响.结果表明:转轮内空化区域主要发生在叶片背面轮缘靠近出水边处和叶...     

HL240型水轮机的超低水头运行试验

ＨＬ２４０型水轮机在非设计工况超高水头下运行稳定,但超低水头下运行工况国同并无先例。通过翔实的实测试验数据和实际运行经济技术分析,得出在超你水头工况下均等该型号转轮经济可行、技术指标允许的结论。这对使用该型号转轮的水电站,尤其北方常所缺水地区和使用时间较长的水电站有较大的借鉴作用。     

水泵水轮机转轮区域脉动特性分析

为了揭示水泵水轮机转轮区域压力脉动特性,选取模型水泵水轮机为对象.基于Realizable k-ε湍流模型,对模型水泵水轮机不同运行工况进行三维非定常数值计算,研究水泵水轮机在不同水头下带部分负荷时转轮区域的脉动特性.研究结果表明:30%负荷情况下,随着水头的增加转轮区压力脉动逐渐剧烈;在1个周期内,转轮上冠的压力脉动在时域特性上呈现周期性变化,而转轮出口轴线和与尾水管交界面处压力脉动在时域上相对紊乱;转轮上冠处压力脉动从进口边到出口边逐渐增大,其主频都为叶频,转轮出口边轴线上压力脉动都属于低频脉动,沿着负Z轴方向压力脉动幅值逐渐减小,转轮与尾水管交界面上压力脉动主频随着水头的增加逐渐减小,幅值的变化规律却相反.     

水轮机转轮参数优化研究

通过分析水轮机转轮流态,确定不同流态下水轮机工作状态。通过计算叶栅前后速度差,确定转轮过流截面平均速度,在相同的单位转速及效率条件下,分析过流能力与单位流量之间的关系,以此优化水轮机叶栅稠密度。分析叶片扭角、单位转速与单位流量之间的关系,确定轮缘及轮毂截面相对半径,以此优化叶片扭角参数。计算转轮圆柱截面轴向速度,优化叶片厚度参数。由仿真实验结果可知,该方法在轮毂空蚀和桨叶空蚀情况下,水轮机最终运行速度比优化前分别快2.2和6.1 m/s,具有较好的优化效果。     

水动冷却塔直驱混流式水轮机转轮数值模拟优化

针对比转数仅有54的水动冷却塔直驱混流式水轮机,选取影响水轮机转轮效率的6个重要水力参数β1,β2,b0/D1,Φ/D1,Z,a/D1,每个因素取2个水平,设计L8（2^7）正交表,生成8个设计方案.通过CFD软件分别对8个方案的水轮机进行全流道数值模拟,采用理论分析和CFD技术分析转轮水力损失特性,对比其结果、优化转轮参数,再将优化后方案进行数值模拟和外特性试验,对比得到的结果,表明使用正交化方法结合CFD技术可在较少的试验方案下有效地改进水轮机叶轮水力性能,达到水轮机优化设计的目的.在设计流量点Q为5 000 t/h处,优化后的模型转轮输出功率为156.57 kW,水轮机效率达到86.51%;数值模拟效率比试验效率低0.11%,实测结果的基本趋势与数值模拟结果相一致.     

贯流式水轮机的应用与技术发展的

分析了费流式水轮机的结构特点、技术经济优势以及国内外贯流式水轮机的应用现状，探讨了我国贯流式水轮机的应用前景及技术发展，对我国各类水电资源开发，特别是加强各类费流式水轮机组的技术开发和关键技术研究提出了建议。     

基于逆向设计理论的水泵水轮机设计与数值模拟

针对水泵水轮机效率普遍较低这一问题,借鉴低比转数混流式水轮机的叶片设计理论,对一给定参数的水泵水轮应用水轮机逆向设计理论对水泵水轮机进行水力设计、三维造型和ICEM网格划分;通过建立相对坐标系下的时均连续方程及N-S时均方程等控制方程组,利用标准k-ε湍流模型来封闭方程组,采用有限元体积法进行离散,离散方程的压力-速度耦合处理采用压力耦合方程组的半隐式(SIMPLEC)算法对水泵水轮机进行数值计算,得到其内流场流动特性,与试验的水泵和水轮机工况下压力分布对比分析,预测了水泵水轮机在设计工况下的转轮效率.数值模拟结果表明,基于逆向设计理论设计的水泵水轮机工况的最优效率可以达到91%,水泵工况的最优效率达到82%,充分说明应用逆向理论设计方法对水泵水轮机的设计,可以兼顾水泵工况和水轮机工况在较优的情况下运行.     

竖井对低扬程贯流泵装置性能影响的数值模拟

为研究竖井贯流泵中竖井部分对贯流泵装置的水力性能的影响,采用计算流体动力学方法对包含进出水延长段、进出水流道、叶轮和导叶在内的整体泵装置进行数值模拟,分析竖井长度、竖井头部型线以及竖井尾部型线对进水流道水力损失、出口断面轴向速度分布均匀度、出口断面速度加权平均角以及泵装置能量特性的影响.结果表明:竖井长度、竖井头部和尾...     

Numerical simulation of cavitation turbulence in Francis turbine runner with splitter blades

Cavitation will reduce the turbine performance and even damage the turbine components. To verify the effects of splitter blades on improving the cavitation performance,the cavitation flow inside a Francis turbine runner with splitter blades was numerically simulated by using the Singhal cavitation model and the standard k-εturbulence model. The distributions of static pressure and gas volume fractions on the surface of the runner blades were predicated under different conditions,and the cavitation in the flow field of the runner was analyzed. The results show that the static pressure and gas volume fractions are more uniformly distributed on the short blades than those on the long blades in Francis turbines with splitter blades,and there is almost no cavitation on the short blades; their distributions are more uniform under small flow conditions than those under large flow conditions; and large gas volume fractions are concentrated at the outlet tip near the band on the suction side of the long blade. The installation of splitter blades can improve the cavitation performance of conventional Francis turbines.     

异常低水头对水泵水轮机压力脉动的影响

为研究水泵水轮机在异常低水头时的压力脉动特性,采用Realizable k-ε湍流模型对水泵水轮机运行于低水头的4个工况点进行了非定常数值计算,得到了蜗壳进口、导叶后转轮前、尾水管的锥管上游和肘管内侧4个监测点的压力信号,并与试验结果进行对比.重点考察了导叶开度37 mm、单位流量0.865 m³/s工况点的压力脉动时域和频域特征.研究结果表明:在异常低水头下,Realizable k-ε湍流模型能够精确地模拟大开度时水泵水轮机的压力脉动;蜗壳入口的压力脉动比较紊乱,在机组刚开启阶段脉动值较大,蜗壳进口压力脉动主频为转频19.78 Hz,说明在此工况下水泵水轮机蜗壳进口的压力脉动受到下游转轮转动的影响;导叶与转轮之间无叶区的压力脉动受到转轮与活动导叶之间的动静干涉作用,呈周期性变化且其主频为叶片通过频率;由于尾水管内部流动及涡带的作用,尾水管内的压力脉动为低频脉动,其主频约为0.35倍转频.     

泄水锥加长与主轴中心孔补水对水轮机尾水管流态的影响

为了探究泄水锥加长与主轴中心孔补水对水轮机尾水管流态的影响,采用SST湍流模型对某混流式模型水轮机进行了全流道三维非定常模拟.对额定工况下原泄水锥、泄水锥加长这2种方案,以及对部分负荷工况下原泄水锥、泄水锥加长、泄水锥加长后补水这3种方案进行了计算.分析了不同方案下尾水管水流流线、尾水管各断面压力、尾水管涡带及流体的涡流黏度值的变化情况.结果表明:在额定工况下,泄水锥加长后对尾水管水流有稳流效果且水轮机效率略有提高;在部分负荷工况下,泄水锥加长后尾水管中心产生的涡带有变小的趋势,但涡带的偏心距稍有增加,而向尾水管补入2%额定流量的水流后,尾水管流态明显改善,直锥段水流的涡流黏度值降低,尾水管涡带的偏心距和涡带形态都有所减小,由偏心涡带引起的低频压力脉动幅值也有明显降低.     

后置灯泡贯流装置灯泡体形式的数值模拟

为了深入研究灯泡体形式对装置流动特性及水力性能的影响,采用RNG k-ε紊流模型和SIMPLEC算法,基于多旋转坐标系模型,计算了总长均为10．72D（D为叶轮直径）的传统筒形灯泡体和纺锥细长形灯泡体两种典型形式的后置贯流泵定常流动,获得了整体流场结果．分析了不同灯泡体对泵装置整体流动的影响,灯泡体段设计不当将引起局部脱流和漩涡区,从而影响整体水力性能．分析了两种灯泡体贯流泵装置方案的叶片表面静压分布,显示出两个方案在最优工况、大流量工况和小流量工况下的叶片压力分布相似,这表明出水灯泡体形式不影响叶片工作状态．计算表明,纺锥细长形灯泡体水力损失最小值出现在约1．12QBEP（QBEP为设计点流量）处,而圆筒形灯泡体水力损失最小值出现在约1．06QBEP处,且出水灯泡体的水力损失与流量的关系不满足传统管道内水力损失与流量成二次方比例关系的规律,而表现为与泵装置运行工况相关的特性．因此,纺锥细长形灯泡体结构泵装置形式在南水北调东线工程中有一定的应用前景．