轴流泵叶轮内部三维流动分析

基于N-S方程和标准K-ε紊流模型，采用非结构化网格技术，用速度压力校正法对设计工况下的轴流泵叶轮内部的三维紊流场进行了详细的数值计算与分析，得出其内部流场、压力场的分布情况，预测其性能，并据此提出了叶型优化的设想。     

含气率对小流量下混流式混输泵轴系振动的影响

振动是反映混输泵运行稳定性的关键指标,液体含气率对混输泵的振动强度有重要影响.为探究小流量工况下含气率变化对混输泵轴系振动的影响规律,该研究以某3级混流式气液混输泵为研究对象,采用建立的多通道振动测试系统采集小流量工况下混输泵输送不同含气率的水时主轴和轴承座的振动信号,然后分析水中含气率对主轴和轴承座振动特性的影响规律...     

混流式转轮叶片数对鱼类撞击死亡率的影响

鱼类在通过水轮机流道时会受到其内部高速旋转的转轮叶片撞击而出现伤亡。为了优化某电站混流式转轮的鱼类通过生存率,综合计算流体动力学分析方法与鱼类-叶片撞击的数学模型,研究了不同优化转轮方案下的鱼类撞击死亡率及机组能量性能,获得了混流式水轮机过流量及转轮叶片数对鱼类死亡率的影响规律。研究结果表明,在额定水头下,鱼类通过转轮的撞击死亡率与转轮的流量以及叶片数呈正相关关系;对于原始转轮,当流量增加到额定流量时,鱼类通过转轮的撞击死亡率达到了16.85%;而叶片数为13和11的两个优化转轮则使额定流量下的鱼类撞击死亡率比原始转轮分别降低了2.93和5.3个百分点。最后,通过分析两个优化转轮的鱼类生态性能与能量性能,选择采用13叶片的优化转轮作为最终方案。     

基于改进支持向量机的水电机组多类轴心轨迹智能识别

在水电机组故障诊断系统中,轴心轨迹是判断机组状态的一个重要特征。而水电机组实际运行中轴心轨迹故障样本数量较少,依据其进行故障智能诊断无法准确完成,需结合相应频谱特性才可做出诊断。论文针对此问题,采用改进的支持向量机（support vector machine,SVM）多故障分类算法,建立了多故障轴心轨迹分类器,并应用于水电机组的故障诊断。结果表明,改进的SVM在样本数较少时取得较好的分类效果,样本数为16和50时,分类准确率达到了96.3%和91.2%,;并且在分类数增多时,分类准确率得到提高,而样本数增多时,分类准确率骤减。该故障分类器可实现多故障的识别和诊断,并且具有算法简单和对多故障轴心轨迹图形分类能力强的优点。该研究可为水电机组少样本轴心轨迹故障的智能诊断提供参考。     

基于径向基神经网络的水轮机组故障诊断研究

针对传统意义的BP(B ack-P ropagated)神经网络在水轮机故障诊断中的不足,提出了一种基于径向基RBF(R ad ia l bas is function)神经网络的水轮机组故障诊断方法。实例应用表明,该方法克服了BP神经网络的不足,具有精度高、收敛快、可以避免局部极小值的优点;RBF神经网络收敛速度约是BP神经网络的40倍,并能准确地诊断出水轮机组的故障。     

沙粒粒径对水力机械材料磨蚀性能的影响

对于运行于多泥沙河流的水力机械而言磨蚀问题不可避免,磨蚀会造成水力机械过流部件失重、变形,带来效率下降、维护成本增加等问题。目前针对磨蚀破坏机理的研究尚不完善,该文利用旋转喷射磨蚀试验装置对4种水力机械常用材料进行5种不同沙粒粒径下的磨蚀试验,借助扫描电镜及激光共聚焦扫描电镜对试件磨蚀表面进行二维和三维形貌观察,探究沙粒粒径对水力机械材料磨蚀破坏失效行为的影响规律及作用机理。结果表明:沙粒粒径为0.043、0.147及0.248mm时,试件磨蚀累计质量损失与时间呈线性相关,而粒径为0.349与0.449mm时质量损失与时间满足Gauss函数关系;沙粒粒径会影响试件的磨蚀特征,粒径为0.043 mm时试件表面磨蚀破坏主要为沙粒的垂直冲击磨损与空蚀,无明显水平方向的切削磨损,粒径为0.147、0.248、0.349及0.449mm时试件表面的磨蚀破坏以水平方向的切削磨损和空蚀破坏联合为主,并伴有一定量的垂直冲击磨损;通过分析4种材料的磨蚀特征,发现磨蚀质量损失与粒径大小二者之间存在强相关区与弱相关区的关系。该研究可为合理控制水力机械过流粒径大小及制定抗磨措施提供参考。     

混流泵内部流动的试验研究

混流泵叶轮内流动性能直接影响整台泵的外部性能.为了探讨混流泵叶轮内部的流动机理,设计了透明蜗壳,加工了1套半开式混流叶轮,建立了混流泵试验系统并利用PIV对其在不同流量工况下叶轮内部的流动性能进行了试验测试.通过对叶轮流道内的时均相对速度分析后发现,在设计流量工况下压力面附近相对速度从进口到出口先减小后增大,吸力面附近的相对速度先增大后逐渐减小.在叶轮出口处沿叶片高度方向的相对速度靠近压力面附近变化不大,靠近吸力面附近从叶根到叶顶逐渐降低,相对流速最小值出现在吸力面叶顶附近.在小流量工况下,流道中部叶高截面至叶顶的区域内会出现回流现象.同时还研究了不对称形状的蜗壳对叶轮内部流动的影响,对叶轮相对蜗壳不同位置流道内的流动进行了测试,发现相对蜗壳不同位置流道内的相对流速的分布趋势基本相同.     

端壁开缝改善轴流泵驼峰的机理

为了探索可有效抑制轴流泵特性曲线驼峰区的方法,该研究针对某轴流泵开展端壁沿轴向开缝的数值模拟研究,分析缝数目、缝长度和缝角度对轴流泵性能的影响规律,结合全通道非定常模拟揭示端壁开缝对轴流泵驼峰区的改善机理。研究结果表明,端壁开缝能够有效抑制轴流泵的驼峰现象,失速工况的扬程和效率分别提高了83.5%和8.13%。增加缝的数目和缝长可提高开缝抑制驼峰的能力,但缝过长会降低设计工况的效率,在一定范围内增加缝的径向倾角有利于驼峰区的改善,但不宜超过45°。在驼峰工况区,叶顶泄漏流呈旋涡状向叶轮进口方向发展,与来流共同作用堵塞叶顶通道,导致叶顶区域扬程突降。在叶片正背面压差作用下,缝内建立的喷射与抽吸的流动循环可使相对液流角在0.9倍相对叶高处以上部分明显降低,最大降幅62°,平均泄漏强度降低41.4%,叶顶中部附面层厚度降低18 mm,有效抑制由叶顶泄漏涡与主流相互作用造成的堵塞,并可削弱叶顶部位由叶顶泄漏涡等二次流诱发的压力脉动,是改善轴流泵驼峰区以及提升小流量工况效率的原因。端壁开缝具有改善轴流泵驼峰的巨大潜力。     

半开叶轮离心泵叶顶间隙非定常流动特性研究

为研究半开式离心泵叶顶间隙区域的非定常流动特性,应用SST k-ω两方程模型,对半开式离心泵进行了全流道数值模拟,利用快速傅里叶变换(FFT)将各监测点的时域值转换为频域值,并分析了泄漏涡轨迹与叶片载荷的相关机理以及泄漏涡的频谱特性。结果表明:泄漏涡涡核与叶片骨线的夹角θ随着叶尖载荷的变化发生了周期性脉动;泄漏涡加剧了叶尖处的流动分离,在叶片前缘形成了连接叶片表面与泵壳的涡管;在流量为0. 75Qd时,叶顶前缘间隙处扰动主信号为0. 51fB,该频率与二次泄漏以及叶尖处涡管的非定常脉动特性相关;随着流量减小,扰动信号频率有所波动,叶尖泄漏涡破碎位置向叶片前缘移动。     

水轮机尾水管涡带压力脉动同步及非同步特性研究

尾水管涡带是混流式水轮机在部分负荷工况运行时尾水管内出现的一种螺旋状涡旋运动,其诱发的压力脉动对水轮机运行稳定性有直接影响且易造成疲劳破坏。基于SST k-ω湍流模型对运行在42. 35%额定功率的某混流式模型水轮机进行了尾水管内部流动特性的试验测试与数值研究,数值压力脉动幅值及主频与试验测试吻合度好,误差分别约为2. 70%和2. 62%。尾水管内出现进动涡带时,测点压力均作0. 25倍转频的周期性脉动,涡带扫过测点时,其压力最低。位于涡带运动轨迹附近的压力测点,其压力幅值最高。为了进一步阐明尾水管涡带的复杂流动特征及其动力学特性,将尾水管压力信号分解为同步分量及非同步分量。研究发现,分解后的非同步分量对原始信号有较强的依从性,其幅值较高且保持主频为0. 25倍转频,而同步分量主频发生变化且压力脉动幅值较小,表明非同步分量对尾水管涡带的形成贡献大于同步分量。尾水管锥管段不同高程上同步及非同步分量幅值的量化分析表明,非同步分量幅值绝对占优,沿流动方向非同步分量幅值先增大后减小,而同步分量幅值逐渐增加。