混流式水轮机引水、导水部件内部固液两相流动的数值分析

基于N-S方程,运用k-ε-Ap模型,采用直角坐标系、混合四面体非结构网格和SIMPLE算法,将混流式水轮机蜗壳、固定导叶和活动导叶作为耦合整体,对引水、导水部件在含沙水两相流介质流动时的内部流场进行数值模拟计算.分析水轮机引水、导水部件内部流场两相流动的机理,对泥沙两相流动时蜗壳、固定导叶和活动导叶等部件的泥沙磨损进行分析和预测.研究结果表明,蜗壳包角从0°～320°的外侧壁、特殊固定导叶的头部及工作面靠近头部位置、活动导叶头部及工作面靠近头尾部的区域,属于磨损严重区域,与水电站的实际磨损情况基本吻合.     

不同固相体积分数下水轮机内部两相流动的数值模拟

基于N-S方程,运用k-ε-Ap模型,采用笛卡尔坐标系、混合四面体非结构网格和SIMPLE算法,将混流式水轮机蜗壳、固定导叶和活动导叶作为耦合整体,对引水、导水部件在不同固相体积分数的含沙水两相流介质流动时的内部流场进行数值模拟计算.探讨不同固相体积分数下引水、导水部件内部流场两相流动机理,分析和预测不同体积分数的泥沙两相流动时蜗壳、固定导叶、活动导叶等部件的泥沙磨损状况.研究结果表明,不同固相体积分数时水轮机引水、导水部件内部流动特性具有明显差异,各部位磨蚀状况也各不相同,这与电站的实际磨损情况基本吻合.     

水能回收装置蜗壳内流场的CFD分析

基于叶片式流体机械的工作原理研究开发出一种无活动导叶卧式轴流式水能回收装置.为了优化结构、保证性能和提高水能回收效率,采用CFD技术对其蜗壳的内部复杂紊流流场进行三维黏性流动的数值模拟,以取代模型试验和缩短研制周期.通过对该装置流场的CFD数值模拟和可视化分析结果表明,圆形断面的蜗壳进水均匀,形成的速度环量比矩形断面的更好,为水能回收装置引水部件的结构优化设计提供了依据.     

水轮机蜗壳和固定导叶内部流动的数值模拟

为探求蜗壳内部的流动规律 ,优化蜗壳设计 ,对三峡混流式水轮机组模型蜗壳和固定导叶内部的流动进行了紊流解和 Euler解的全三维数值模拟。文中基于 Navier-Stokes方程的标准 k-ε紊流模型、Euler方程模型 ,采用贴体座标和交错网格系统 ,用 SIMPL EC算法 ,对蜗壳和固定导叶内部流动的联合计算结果进行对比分析 ,并与实验值进行了比较。还对流动的不均匀性进行分析 ,提出了改进和优化蜗壳和固定导叶设计的较为可信的解决方案     

混流式水轮机导叶与转轮的匹配关系

基于N—S方程和标准k-ε紊流模型，用数值模拟的方法分析了混流式水轮机活动导叶和转轮的匹配关系。计算了3种不同比转速水轮机对应导叶高度下的导叶和转轮的耦合流动，分析了活动导叶出流角与转轮进水角的匹配关系，活动导叶出流角和转轮进水角与活动导叶几何出水角的关系。结果表明，转轮从上冠到下环进水角不同，导叶沿高度方向出口轴面速度和转轮沿高度方向进口轴面速度是不均匀的，导叶沿高度方向出口速度矩和转轮沿高度方向进口速度矩也是不均匀的。用数值模拟的方法计算了水力损失，并通过与试验结果的比较，提出了水力设计或改型优化设计时的注意事项。     

不完全蜗壳水轮机引水部分的实用优化设计

不完全蜗壳水轮机的引水部分对于水轮机性能及平面尺寸有重大影响。传统的设计方法是通过简单计算和凭经验进行的,很不完善。介绍一种新的工程上实用的优化设计方法,通过对进水流道、蜗壳的蜗形部分以及双排叶栅分别进行流动分析和优化计算进行设计。其蜗形部分不采用速度矩为常数的假设,固定导叶的形状沿圆周是变化的,以便与来流相适应; 固定导叶与活动导叶两环列叶栅之间的相对位置是由优化计算确定的。实验证明,这种设计方法对于提高水轮机的效率或减小平面尺寸是有效的     

基于长短叶片混流式水轮机压力脉动分析

为了探讨长短叶片混流式水轮机的压力脉动规律,采用SST模型,探讨多种工况下水轮机的速度分布、压力变化以及多监测点的压力脉动情况。研究结果表明:转轮出口处流动过程极为复杂,蜗壳与转轮存在动静干涉,且随着流量的增加,蜗壳与转轮的动静干涉效应越明显。转轮区域压力脉动的产生是因为导叶出口水流流动不均匀,造成导叶及转轮间动静干扰。     

应用三维空间导叶的混流式水轮机流动

为减小混流式水轮机转轮内的叶道涡,设计了两种三维空间导叶,推导了流量调节方程,采用了全三维全流道的湍流计算方法,完成了从蜗壳进口到尾水管出口,包含所有流道在内的数值计算;并进行了模型对比试验。结果显示:应用三维空间导叶对水轮机能量性能没有太大的影响,但是增大了活动导叶上部的水流出口角,从而减小了转轮叶片进口处的冲击,尤其是在高水头、小开度情况下,上冠处的冲击和脱流比二维常规导叶有明显改善,降低了叶道涡发生的可能性,提高了水轮机的运行稳定性。     

水轮机流场可视化系统设计

根据水轮机结构特点，开发了模块化、人机对话式的三维水轮机流场可视化系统。对固定导叶、活动导叶、蜗壳、转轮及尾水管五大部件设计了相应的数据存储格式、数据处理系统、功能模块、用户界面和图形编辑系统。系统管理采用命令文件树结构的设计方法，使开发和使用具有灵活方便的特点。水轮机流场可视化系统实现了对水轮机各过流部件的流场特性、效率特性、空蚀特性及水流稳定性的图形显示功能。     

水轮机蜗壳内流动的数值研究

在分析研究现有的水轮机蜗壳设计理论的基础上，对蜗壳在不同工况下的内部流动情况进行了三维不可压定常粘性流动的数值模拟。基于N－S方程和标准的κ－ε模型，采用贴体坐标、非结构化网格和SIMPLE算法，对蜗壳内部流动进行了计算分析，其结果与实验值吻合，可作为蜗壳优化和固定导叶设计、改型的依据。     

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.     

贯流风机结构参数及工作特性的关联

利用计算流体力学方法对贯流风机内部气体流动进行了数值模拟，研究了贯流风机的流动状态和结构参数变化对其产生的影响．分析了蜗舌间隙、进口角、蜗壳间隙、蜗舌位置角、出口角变化与贯流风机进、出口流速间的关系，从中寻找出结构参数变化对贯流风机流场影响的规律．通过计算分析，确定了不同工况下贯流风机进、出口角的最佳范围以及最佳蜗舌间隙的选取方法．将模拟计算结果与实验结果进行了比较．结果表明，数值模拟的结果与实验结果基本吻合．     

前向多翼离心风机叶片尾迹和蜗壳二次流动的试验研究

对前向多翼式离心风机建立了性能及流场测试台位 性能试验及流场测试表明,性能试验重复性良好,曲线符合理论性能曲线.用粒子图像速度场仪技术对叶片尾迹区及蜗壳出口横截面上的二次流做了详细的变工况测量与分析.结果表明:叶片尾迹区脉动强度达20%～70%;在设计工况附近叶片尾迹影响区域小,在非设计工况下叶片尾迹影响区域大,尾迹区域占到蜗壳径向宽度的15%～25%,约是叶片弦高的2～3倍;在蜗壳横截面上明显存在二次流旋涡;沿着蜗壳旋出方向二次流对称分布,但是到达出口时,小流量下两侧旋涡结合成一个旋涡,大流量下两侧旋涡一直保持到蜗壳出口.     

蜗壳出口位置对低比转速离心泵性能的影响

为了研究蜗壳出口位置对低比转速离心泵性能的影响,在保证蜗壳基圆、前八断面面积及形状、蜗壳出口直径和中心高相同的前提下,改变蜗壳出口位置,分别设计出A、B、C三种型号蜗壳.以清水为介质,基于雷诺平均法、RNG k-ε湍流模型,对比转速为46的离心泵进行数值计算.结果表明:三种不同出口位置情形时离心泵的外特性变化趋势基本一致,但最高效率值有所不同,在各个工况点,C型的效率均高于A、B型,且三者的高效区均向大工况偏移;三种型号蜗壳的离心泵,在各自相应工况下,叶轮进口处的静压分布、湍动能分布和流线分布大致相同,而叶轮出口及蜗壳流道中三者的变化较大,表明改变蜗壳出口位置对叶轮进口处内流场的影响较小,主要影响叶轮出口及蜗壳流道中内流场的变化.     

含沙水流条件下水轮机蜗壳优化设计方法

探讨了一种以蜗壳中的水力损失和泥沙磨损特征值为双目标函数,以沿蜗壳周向断面的速度矩分布规律为优化变量的水轮机蜗壳的设计方法．实际编程设计证明,设计出的蜗壳可降低水力损失,减轻泥沙磨损．     

双进气口无叶蜗壳径流向心式涡轮的性能研究

本文研究了双进气口无叶蜗壳径流向心式涡轮在全进气和部分进气条件下流量和效率的变化,提出了计算这种涡轮在变工况下的效率特性和流量特性的方法。用该法所得的计算值与实测值吻合较好。     

三峡模型水轮机转轮前后的流动特性

水轮机转轮前后流动特性的测试对于了解流动型态、改进水轮机的水力设计有重要意义。用五孔球测量三峡水电站模型水轮机转轮前后液动特性的结果,并对在最优工况及偏离工况下的测试结果作了初步分析。测试结果表明,最优工况的轴面速度分布规律介于一元理论及二元理论假设之间,数值偏大,沿转轮进、出口边的环量分布均为自上冠至下环逐渐增大。     

短周期风洞叶栅端壁换热试验研究

实验对短周期风洞中无气膜孔和带气膜孔时涡轮叶片端壁的换热做了实验研究,得出了无气膜孔端壁换热系数和叶栅入口雷诺数、出口马赫数之间的变化关系,另外得出了带气膜孔端壁在不同的叶栅入口雷诺数、出口马赫数、流量比时对换热系数的影响。实验结果表明：无气膜孔端壁上的换热系数分别在不同的叶栅入口雷诺数和出口马赫数下有着明显的变化;带气膜孔端壁上换热系数随流量比和叶栅入口雷诺数的增大而增大,而在低流量比时马赫数对端壁换热系数没有明显的影响。     

Numerical investigation on the self-excited oscillation of wet steam flow in a supersonic turbine cascade

The self-excited flow oscillation due to supercritical heat addition during the condensation process in wet steam turbine is an important issue. With an Eulerian/Eulerian model, the self-excited oscillation of wet steam flow in a supersonic turbine cascade is investigated. A proper inlet supercooling results in the transition from steady flow to self-excited oscillating flow in the cascade of steam turbine. The frequency dependency on the inlet supercooling is not monotonic. The flow oscillation leads to non-synchronous periodical variation of the inlet and outlet mass flow rate. The aerodynamic force on the blade varies periodically due to the self-excited flow oscillation. With the frequency lies between 18.1?80.64 Hz, the oscillating flow is apt to act with the periodical variation of the inlet supercooling due to stator rotor interaction in a syntonic pattern, and results in larger aerodynamic force on the blade. The loss in the oscillating flow increases 20.64% compared with that in the steady flow.