轮缘间隙对轴流泵内部非定常流场的影响

为研究轴流泵轮缘间隙泄漏流的非定常特征及其对泵外特性的影响,采用基于S-A模型的DES方法和滑移网格技术,对轴流泵在设计流量下的内部湍流进行了数值计算,重点分析了4组轮缘间隙下泵内非定常流场特性及压力脉动特性.在设计轮缘间隙下,计算所得泵扬程和效率与试验数据吻合良好,最大相对误差分别为2.0%和3.0%.计算结果表明:随轮缘间隙增大,水泵扬程和效率均呈下降趋势;轮缘泄漏涡强度和影响范围随轮缘间隙增大而增大,当轮缘间隙为3.3‰D₂时,轮缘泄漏涡扩散至相邻叶片出口边;不同轮缘间隙下,叶轮区压力脉动频率均以叶频为主;靠近叶片进口的叶轮室内壁压力脉动幅值随轮缘间隙的增大呈减小趋势,叶轮室中部压力脉动随轮缘间隙增大而增大;叶轮出口断面的压力脉动频域特性在不同轮缘间隙下均以1倍叶频为主,脉动幅值随轮缘间隙增大而减小.     

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.     

超低水头竖井贯流式水轮机转轮数值模拟优化

结合江苏苏北某电站,研究开发了一种设计水头为2 m左右的超低水头竖井贯流式水轮机．基于Navier-Stokes方程,采用SIMPLEC算法对该竖井贯流式水轮机全流道三维定常不可压湍流流场进行了数值模拟,分析了超低水头转轮叶片翼形、直径及安放角对水轮机性能的影响．分析了多个方案的水力性能,选出了最佳的水轮机转轮．结果表明:在满足电站设计要求的情况下,翼型优化后,转轮直径为175 m、叶片安放角为23°时的水轮机,在效率、水力损失等方面都表现出最佳的性能:该超低水头竖井贯流式水轮机在导叶开度为65°,设计水头为21 m时,数值模拟出的流量为1005 m3／s,效率最高为876％．以GD-WS-35水轮机模型试验研究该水轮机的能量性能,在设计工况下,对数值模拟效率最高的水轮机方案试验的结果:模型装置的流量为0398 m3／s,效率为8334％;按原模型转换规律转换为原型装置数据,则流量为996 m3／s,效率为8514％;数值模拟效率比模型试验效率的结果略高,误差范围为±3％．     

贯流式水轮机低频脉动及尾水管涡带特性研究

为了研究贯流式水轮机内部低频压力脉动特性,针对某电站贯流式水轮机进行了非定常数值计算,分析了不同工况下水轮机内部的压力脉动特性,揭示了贯流式水轮机低频压力脉动产生的机理,并提出了改善低频脉动的方案。研究表明,在额定工况和小流量工况下,水轮机内部的压力脉动主要受到叶片通过频率(5.26 Hz)以及低频脉动(0.20 Hz)的影响,低频脉动的幅值从水轮机进口到出口逐渐增加,且小流量工况的低频压力幅值较额定工况高;不同工况下,水轮机尾水管内均存在一个与转轮旋转方向一致的螺旋状偏心涡带,该涡带按一定周期演变,其对应频率为0.22 Hz,与低频压力脉动频率(0.20 Hz)较为接近,因此可以说明该水轮机内部的低频压力脉动是尾水管涡带引起的;为了减小水轮机低频压力脉动系数幅值,提出了一种在尾水管内增设导流板的方案,该方案能有效降低由尾水管涡带引起的低频压力脉动系数幅值,导流板通过降低尾水管内的涡带能量,达到消涡目的。研究结果可为贯流式水轮机组的稳定运行提供依据。     

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…     

基于大涡模拟的贯流式水轮机压力脉动分析

基于大涡模拟的Smagorinsky-Lilly动态亚格子模型,分别对灯泡贯流式水轮机的7个不同工况进行了非定常计算,得到了每个工况下流道内关键位置处测点的压力脉动信息。研究表明:该贯流式机组流道内压力脉动均含有转频分量,且距离转轮越近脉动越强;转轮区压力脉动最强,且脉动频率为叶片通过频率的自然数倍(5 n fn);尾水管的压力脉动主要由尾水涡带引起,叶片转频的影响可以忽略,尾水管中心区域的脉动强度大于外围;流道内压力脉动总体强度与水头和出力呈近似线性的正相关,而与流量、效率没有显著关联。     

叶顶间隙对轴流泵轮缘压力脉动影响的数值预测

为分析不同叶顶间隙下轴流泵轮缘区非定常流动特征,采用大涡模拟方法和滑移网格技术,对5种轮缘间隙下轴流泵设计工况的非定常湍流进行了数值计算,分析了间隙尺寸对泵外特性、轮缘泄漏涡形态及叶片近轮缘区压力脉动特性的影响。结果显示:叶顶间隙从0.001D2增加到0.003D2,泵扬程和效率分别下降6.2%和5.6%;间隙值大于0.001D2时,轮缘间隙主泄漏涡发展至相邻叶片正面,间隙区产生大量次泄漏涡;受泄漏涡影响,叶片正面中部近轮缘侧压力脉动幅值随轮缘间隙增加而增大;不同间隙尺寸下,叶片背面近轮缘处压力脉动主频均为叶轮转频fr,叶片正面对应点的压力脉动主频则随间隙变化存在明显差异。     

叶顶间隙对诱导轮内部流动特性的影响

为研究不同叶顶间隙值对诱导轮内部流动特性及非定常特性的影响,采用ANSYS CFX软件,基于SST k-ω湍流模型对某高速离心泵在3种不同诱导轮叶顶间隙率(0.01、0.02、0.03)下进行内部流场数值模拟.分析诱导轮内部流动特性、0.6Qd流量工况下轴向截面压力脉动以及诱导轮所受径向力.结果表明:适当增大叶顶间隙对...     

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.     

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。     

高含沙水流水轮机转轮的改型与抗磨蚀研究

进行高含沙水流水轮机转轮的改型研究，关键是要从正确确定转轮设计参数和轴面流道型式入手，根据三维水力设计理论，考虑导叶与转轮匹配关系进行叶型设计，针对不同破坏机理选择强磨蚀区采用金属喷涂或非金属保护等综合措施，使水轮机在高舍沙水流中运行时出力增加、抗磨蚀能力提高。     

CFD技术在水轮机转轮抗空蚀改造中的应用

CFD是用计算机来模拟流体的流场，建立流体机械最佳流道的流体动态分析软件，是当今先进的流体动力学模拟分析工具。介绍了CFD技术的理论基础，并且将其成功应用于锦江电站水轮机转轮的抗空蚀改造中，取得了良好的效果。     

基于转轮换型改造的水轮机增效技术

水轮机技术改造是发展我国水电事业的一项重要工作，介绍了转轮换型的水轮机增效技术改造方法，通过对JF2558和HL702两种转轮的各项性能进行分析比较。得出采用JF2558转轮替换HL702转轮是本站水轮机增效技术改造的最佳方案。     

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。     

含泄水孔混流式水轮机间隙流动数值模拟

建立了包括混流式水轮机转轮上冠和顶盖间的空腔、泄水孔以及转轮前密封间隙流道中的水体模型在内的全流道几何模型,通过三维数值模拟,研究了主流道内速度和压力分布以及空腔、泄水孔和密封间隙内的流动特征,揭示了混流式水轮机上部空腔压力与泄漏水量随不同密封间隙尺寸、不同泄水孔直径和数目的变化规律。根据数值模拟结果,最终确定水轮机泄水孔数目为6个,直径为40 mm,间隙宽度为1 mm,该模型额定工况下流量为5 109 m3/h,间隙泄漏水量占机组流量的0.3%,水轮机效率为86.75%,与试验测试结果基本一致,表明所研究的间隙流计算方法可为水轮机泄水孔直径、数目以及密封间隙等细部结构尺寸的权衡确定提供参考依据。     

混流式水轮机叶片进出水边外延方法

在混流式水轮机叶片改型中，为了改变转轮的单位转速、单位流量及出口环量，经常需要延长叶片进出水边。根据延长叶片进出水边的基本原理和混流式水轮机的特点，研究出了一种实用的外延方法，该方法对圆头叶片外延同样实用。同时，对改型后的误差进行了分析。岩滩电站的改型试验取得了预期的效果。     

四级轴流透平的性能研究

以汉诺威大学四级轴流实验涡轮为对象,利用当今先进的流体数值模拟软件NUMECA对其不同工况下的内部流场进行了数值模拟,获取同一工况下流场损失分布特点,从而为透平的优化提供理论基础。通过改变涡轮出口背压的方法,画出不同工况下该四级轴流透平的特性曲线,并在特性曲线上获得效率最高点、流量最大值点、流量最小值点。并通过对比获得最大效率点处不同级透平的流场损失分布。利用相同的方法分析同一工况或不同工况下整个四级透平的流场的损失分布。     

诱导轮空化流动特性实验研究

为了深入研究诱导轮内部的空化流动特性,基于诱导轮空化流动可视化实验台进行了一系列实验,获取了诱导轮的外特性、空化区发展过程以及相应的压力脉动特性。结果表明：流量越大,空化性能曲线越早发生断裂,但存在某个流量使诱导轮具备最佳空化性能;随着空化数的降低,空化首先发生于泄漏涡中,泄漏涡空化逐渐与泄漏流中的剪切层空化连成一片,形成稳定的泄漏空化区,流量越小,空化区面积越大,叶尖的压力脉动幅值也随着空化区面积增大而升高,由于空化区对称分布,压力脉动由叶片通过频率主导;进一步降低空化数时,开始出现各类空化不稳定现象,小流量下出现明显的回流涡空化,大流量下出现同步旋转空化,后者会引起大幅的压力振荡,同时会导致扬程部分下降。空化区进一步发展,导致大流量下发生低频轴向流动不稳定现象,空化喘振。空化区发展至叶轮出口时,影响出口液流角,诱导轮完全失去作功能力,发生空化性能断裂。