CFD和CAD在水力转轮研制中的联合应用

针对轴流式水轮机转轮的研制,基于计算机辅助设计CAD和计算流体动力学CFD的联合应用,本文经过对水轮机转轮进行了大量的CAD和CFD迭代设计计算,其中CFD采用标准K-ε湍流模型,对转轮内部流动进行了流场和压力场的比较分析,最后优化设计了一轴流式转轮,结果表明CFD和CAD联合应用是转轮的现代设计强有力的工具。     

混流式水轮机导水机构二重叶栅的流动

阐述了用计算流体动力学CFD（Computational Fluid Dynamics）技术研究水轮机导水机构二重叶栅内部流场性能变化的方法,研究了不同工况流场的速度、压力及二重叶栅能量损失的变化规律,数值解析结果与实验结果吻合。研究表明,导水机构内部流场的变化直接影响到转轮进口流动条件和水轮机运行的稳定性,数值解析结果对优化设计及安全运行具有指导作用。     

CFD技术在水轮机设计及改造中的应用

就当今水轮机设计及改造中采用的CFD技术———计算机模拟流态分析技术作了概要说明 ,CFD技术是一种全新的水轮机设计理念 .同时主要介绍了CFD技术在水轮机设计及改造中的应用 ,CFD技术的特点并对CFD技术在水轮机模型试验中的应用 ,即NTS(数字试验台 )作了较为详细地说明与介绍 .随着计算流体力学及大功率计算机的发展 ,此项技术正在成为水轮机设计与改造的主流     

水涡轮机械流场中的颗粒运动

从流体力学的基本理论出发，分析了固体颗粒在任意流场中的受力，导出了该流场中稀疏固体颗粒的运动方程，同时导出了固体颗粒在柱坐标系下的水涡轮机械流场中的运动控制微分方程式，给出了求解颗粒运动的数值计算方法，并求解了固体颗粒在一混流式水轮机转轮流场中的运动轨迹。     

水涡轮机械流场中的颗粒运动

从流体力学的基本理论出发，分析了固体颗粒在任意流场中的受力，导出了该流场中稀疏固体颗粒的运动议程，同时导出了固体颗粒在柱坐标系下的水涡轮机械流场中的运动控制微分方程式，给出了求解颗粒运动的数值计算方法，并求解了固体颗粒在一混流式水轮机转轮流场中的运动轨迹。     

小流量下尾水管锥管内流的PIV测试试验研究

采用PIV激光内流测试设备对一个改进的HL220转轮模型试验所使用的尾水管锥管流场进行了测试，并对所测试各截面上的流场分布进行了详细的分析，研究了小流量工况下锥管径向面和于午面上的流场分布规律．结果表明：在小流量工况下，尾水管锥管内的瞬态流场呈现出明显的非定常特征，锥管中心处存在明显的回流，管壁处存在涡流；不仅小流量工况下的流场与最优工况下流场存在明显区别，小流量工况下瞬态流场与时均化流场的分布规律之间也存在一定的差异．PIV测试中采集收集的实验数据，有助于混流式水轮机小流量下尾水管非稳定性分析的内在机理研究，为CFD分析提供对比依据．     

水轮机尾水管的多块网格生成与CFD分析

根据水轮机尾水管的体型和流场分布特点，探讨了尾水管内结构化多块网格划分中的一些处理方法，同时结合两个尾水管改型研究项目对尾水管内的三维紊流进行了数值计算。通过数值模拟和CFD分析，对尾水管体型进行了优化设计，获得了合理的结果。     

发动机排气歧管热负荷数值模拟

某发动机运行期间，由于不合理的结构设计导致排气歧管关键部位的热疲劳失效，为此采用CFD技术模拟排气歧管工作时的外流场；通过热力学计算得到排气歧管的入口和出口边界条件。计算排气歧管的三维瞬态内流场；将内外流场计算的等效传热边界条件影射到排气歧管的内外表面生成传热边界条件，计算出结构温度场；将固体边界的温度作为流场边界条件重新进行内外流场计算，反复迭代多次，最后，求解结构的热应力．对原方案提出了改进意见，结构改进后，排气歧管热疲劳失效得到排除．     

基于CFD灯泡混流式水轮机转轮水力设计的研究

将混流式水轮机的转轮应用于灯泡式机组中,介绍了这种灯泡混流式水轮机的基本原理,并采用CFD软件辅助进行了流网划分、流线绘制、轴面速度的计算及其曲线的绘制.在模拟内部流场的基础上,对90米水头段的转轮进行了水力设计与转轮型线的绘制,为水轮机转轮的水力设计提供了进一步的研究方法.     

改善肉类干燥窑热流场的一种计算方法

针对流场改善类问题如何进行数值模拟计算分析,以一肉类干燥窑热流场分析问题为例,利用计算流体力学(CFD)方法并考虑干燥窑不同设置方案,通过求解不同的设置方案条件下干燥窑流场的Navier-Stokes方程来分析原设计方案和改善方案中流场的分布和特点.数值计算的结果表明:所用的数值计算方法是可行的,基本符合实际情况;所得计算结果分析图像对了解干燥窑中流场的分布情况和如何改善干燥窑流场分布具有积极的参考意义.所提出的方法为采用数值计算方法分析改善干燥窑流场问题提供了一种可行的手段.这一数值计算方法较之传统的实验和经验方法提高了分析效率、降低了成本,是一种值得重视和发展的数值计算方法.     

数值模拟及可视化技术在旋转水力机械设计中的应用

以苏州市仙人大港泵站工程为例,对泵站的叶轮、导叶及平面轴伸式流道进行三维立体图形显示,对排涝、引水等不同运行工况下泵站装置全流道三维流场进行数值模拟,并给出了流道中各点流速及压力等物理参量的空间分布.模拟结果以平面、立体相结合的方式展示,直观、逼真.该技术可用于流道型线的优化、结构形式及尺寸的多方案快速比选,并可预测水力机械性能,为旋转水力机械的设计和建设提供决策支持.     

液力透平的数值计算与试验

设计了液力透平试验台,对一单级液力透平进行了试验,得到了外特性曲线.采用全流场和结构化网格技术对液力透平内部流动进行了数值计算.分析了液力透平在不同流量下的压力场和速度场,得到了内部流场的分布规律.应用速度三角形对液力透平叶轮和尾水管内部速度场随流量变化规律进行了研究.结果表明:离心泵反转可用作透平运行,并具有较高的效率;最高效率的数值计算与试验结果相对误差为4.85％;透平内部的压力从蜗壳进口经叶轮到尾水管逐渐减小,进出口压差随流量增加而逐渐增加;在透平叶片背面和工作面存在漩涡区域,漩涡位置和区域大小随流量而变化;在尾水管横截面上存在的圆周速度分量随流量而变化.     

水流空心涡带流场的PIV测试与分析

采用PIV激光内流测试技术，在实验室内对水流的空心涡带的实验测量方法进行研究，主要介绍对轴向面上的流动测量，对涡带附近测得的数据采用特殊处理方法，该方法能够有效测出水流运动的速度场分布，为水力机械涡带内流PIV测试提供依据。     

虹吸式出水流道内流数值计算与水力设计优化

采用有限容积法、非结构化网格和SIMPERC算法,数值模拟了虹吸式出水流道内部三维流动,数值计算的有效性和可靠性得到了物理模型试验结果的验证.通过计算流道关键断面的速度分布均匀度和流道的水力损失,定量评价虹吸式出水流道水力设计的优劣,实现了虹吸式出水流道水力性能预测,依此开展水力设计优化,可节省大量的试验经费和时间.     

机场振动压路机液压系统动态性能检测方法

为改善现阶段液压系统动态性能检测通过选用静态检测时的技术指标与准确性指标,把检测到的瞬时值看作常量静态检测数据,得到的动态性能检测结果不合理,不适于动态性能检测的问题。为此,提出一种新的机场振动压路机液压系统动态性能检测方法。通过分析机场振动压路机液压系统控制原理,对振动压路机液压系统动态性能进行分析,在此基础上,设计一种机场振动压路机液压系统动态性能检测系统,将传感器看作数据采集元件,通过涡轮流量计对流量进行采集,利用提取输出电压信号随加载压力改变的特点,间接检测外界压力信号值,通过最小二乘法获取采集数字量与实际压力信号建的映射关系,对压力信号进行标定,通过A/D转换卡把仿真信号转换成数字信号传输至PC机,利用计算机软件完成数据分析和处理,研究出液压系统动态性能检测方法。结果表明,所提方法检测结果可靠,误差低。可见所提方法能够有效对动态性能进行检测。     

液力缓速器瞬态两相流动大涡模拟及性能预测

为了全面掌握液力缓速器各个流动单元内速度场和压力场的分布特性,提取了全流道几何模型作为计算区域,利用CFD平台的大涡模拟法和多流动区域耦合计算的滑动网格法对液力缓速器内部气液两相流动进行了三维瞬态数值模拟,将混合模型与欧拉模型交替运用在其多相流模型中,获得了不同充液率下液力缓速器内流场结构的变化及两相体积分数分布情况,分析了流场内二次流、脱流及涡旋的产生机理,并计算了缓速器的外特性.结果表明:数值计算结果与试验结果吻合很好,误差在8％以内;流场计算十分准确,运用的大涡模拟方法可以有效地模拟液力缓速器流场内的真实液流结构,其结果可以用来指导液力缓速器的设计及其结构优化.     

并排水平轴潮流能水轮机组水动力特性研究

基于FLOW-3D软件平台建立三维水动力计算模型,研究水轮机横向间距、相对安装高度和来流速度对二台并排布置的水平轴潮流能水轮机组的水动力特性的影响。结果表明:随着横向间距的增大,水轮机组受到的与来流方向相同的最大水流作用力有一定减小,最大降幅达6.62%,尾流场中水流加速区域的最大流速也略有减小,最大降幅约1.21%;水轮机组相对安装高度和来流速度的改变,对其飞逸转速、最大水流作用力以及尾流场有显著影响。     

Three-Dimensional Simulation of Unsteady Flow in a Model Francis Hydraulic Turbine

For Francis hydraulic turbines, unsteady flow caused by vortex ropes in the draft tube leads to a problem of stability in operation. The unsteady flow field ef a model Francis hydraulic turbine was simulated under part-load operation. A sliding mesh model was used to calculate a time-accurate solution for the strong rotor-stator interactions between the runner and guide vanes, and the draft tube. Based on threedimensional incompressible Reynolds averaged Navier-Stokes equations and on a renormalization group k-ε turbulence model, spatial discretizatien was obtained by using the finite volume method with unstructured grid elements, and a second order fully implicit scheme was applied for time. Pressure fluctuations in the draft tube were recorded and analyzed via a fast Fourier transform calculation. The results were compared with the experimental data, and shew that the vertex rope in the draft tube and the induced pressure fluctuations are well simulated.     

液力缓速器部分充液流场大涡模拟及特性预测

利用CFD平台的大涡模拟法和滑动网格法对液力缓速器内部气液两相流动进行三维瞬态数值模拟,将混合模型与欧拉模型交替运用在其多相流模型中,得到速度场和压力场的分布特性,总结不同充液率下液力缓速器内流场结构的变化及两相体积分布情况.基于流场数值解计算了液力缓速器不同工况下的制动转矩,进而预测其性能,性能预测结果与试验结果吻合较好,误差在8％以内,表明流场计算是较准确的,其结果可用于液力缓速器的设计及其结构优化.     

用于预测水力裂缝缝高的新拟三维流场模型

针对原有拟三维流场模型在控层较差时预测缝高过大的问题 ,根据水力压裂裂缝延伸机理 ,基于原拟三维数值模型生成的初始裂缝几何形态 ,采用从假定虚源发出的呈放射状径向流动的近似二维流场 ,对原拟三维模型的一维流场进行了修正 ,建立了新的拟三维流场模型。实例计算表明 ,由于考虑了压裂液在缝高方向上的流动 ,在控层较差的情况下 ,新模型对缝高的预测精度可达到全三维的计算精度 ,这对水力压裂施工和设计有实用意义。