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     

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。     

用代数应力紊流模型预估水轮机转轮内部三维流场

以三峡水轮机组转轮内部流动研究为背景,基于雷诺时均方程和代数应力紊流模型,采用贴体坐标和交错网络系统,用ＳＩＭＰＬＥＣ算法对一比转速为２４０的混流式水轮机模型转轮内部三维紊流进行了数值模拟,得出了设计工况的流场特性,并初步分析了转轮的汽蚀和能量特性。结果表明,研制的程序可作为水轮机组转轮内部流场分析、数值试验和性能预估的工具。计算结果可为改进和优化转轮设计提供有益的参考资料。     

含轮缘间隙的轴流转桨式水轮机不同工况下的数值分析

通过采用CFD计算软件,求解基于k-ε紊流模型的Navier-Stokes方程,建立轴流转桨式水轮机转轮部分的数值计算模型。对在不同的桨叶角度和各导叶开度下含轮缘间隙的轴流转桨式水轮机内部流动特性进行全面系统的数值计算,阐述了不同工况下流域内的流场分布和轮缘间隙处的流线分布,并分析了轮缘间隙对水轮机内部流动特性的影响。为进一步提高轴流转桨式水轮机性能和电站的稳定运行提供依据。     

离心式叶轮内三维紊流场的数值模拟

对设计工况下离心压缩叶轮内三维紊流场进行了数值模拟，数值计算使用加罚有限元方法求解三维、定常、不可压缩，时均Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程和Ｋ－ε紊流模型方程。数值计算结果揭示了离心压缩机叶轮出口的射流－尾迹特性和二次流分布规律。本文的研究表明：加罚有限元方法具有预元复杂流场的能力，并且可以大大减小有限元方法的计算工作量。     

高比转速混流式水轮机引水部件水流特性研究

对ｎｓ＝２６０ｍ·ｋＷ的混流式水轮机引水部件流场测试结果作了介绍。通过在蜗壳进口、出口、导叶出口３个断面布置五孔探针进行测量，揭示水轮机引水部件内部的流动特性。结果表明：各断面流动均具有较好的轴对称性；蜗壳进口断面基本上为轴向均匀流动；蜗壳出口断面上的环量基本上为常数；导叶出口断面的环量沿导叶高度分布不均匀，由上冠至下环逐渐增大。进行了初步分析，对改进水轮机设计提出了建议。     

离心泵变工况流场分析及数值模拟

针对一离心泵内部流场进行数值计算,计算采用雷诺时均方程和RNGk-ε湍流模型,压力和速度耦合采用SIMPLEC算法.在分析变工况离心泵内部流场的基础上,提出离心泵径向力数值预测的数学模型.分析结果表明,小流量工况时离心泵径向力最大,设计工况时径向力最小;小流量工况时径向力矢量方向在蜗壳第Ⅲ断面和第Ⅴ断面之间,大流量工况时径向力矢量方向在蜗壳第Ⅶ断面和隔舌之间,设计工况时总径向力在蜗壳第Ⅴ断面和第Ⅶ断面之间.对比径向力数值预测值和"Stepanoff"公式值的差异,设计工况时误差在2%之内,非设计工况时误差在5%之内.     

非定常水斗表面自由水膜的流动机理

冲击式水轮机水斗内非定常自由水膜的流动非常复杂，至今还没有足够精确的数值方法来模拟这种流动．文中分析了非定常水膜流的流动机理，根据N-S方程推导出了水斗表面流体粒子在转动坐标系中的相对运动控制微分方程，依据控制微分方程编写出了数值解析软件并对水斗内的水膜流动进行了数值模拟，定量地得到了某模型水轮机水斗内部流动的速度场、能量场．对比一系列水膜流态分布，数值解析得到的结果与试验观测结果基本相吻合，最优工况下的水力效率与模型试验数据的误差为0．33％．     

水泵水轮机内部压力脉动特性研究

为了研究水泵水轮机内部不同部位处的压力脉动特性,采用计算流体动力学软件对设计工况点下水泵水轮机三维全流道内部流动进行了非定常数值计算,同时监测了蜗壳隔舌附近、顶盖处、转轮与活动导叶之间以及尾水管锥管处的压力脉动。通过分析计算所得的压力脉动结果表明:机组顶盖区域压力脉动相对较为明显,水轮机工况下的脉动频率以2倍叶倍频为主,水泵工况时脉动频率以1倍的叶倍频为主;对于转轮与导叶间的无叶区域,水泵工况和水轮机工况脉动频率均为1倍叶倍频,且该处的监测点的压力脉动频率主要由于转轮与活动导叶之间的动静干涉产生;在转轮内水轮机工况时的压力脉动频率呈现多样性,水泵工况时则都以转频的倍数为主;尾水管直锥段的主频率在最优工况下等于1倍叶倍频,振动幅值较小。     

仿生蜗壳结构对离心泵隔舌区域脉动特性的影响

为了有效降低离心泵隔舌区域压力脉动特性,基于长耳鸮特殊的羽翼形态,建立仿生蜗壳结构计算模型.采用数值模拟的方法对标准蜗壳、仿生蜗壳离心泵全流场进行瞬态计算,对比分析了设计工况下不同蜗壳结构隔舌区域各监测点脉动特性,研究了不同工况下不同蜗壳结构隔舌头部的脉动特性.结果表明:不同工况下,各监测点的压力脉动频率基本与叶片通过频率一致;设计工况下,采用仿生蜗壳时相对于标准蜗壳各监测点脉动幅值均有所下降,最大降幅达56.1%;3种工况下,采用仿生蜗壳时隔舌头部脉动幅值在标准工况及大流量工况下均会降低;设计工况下采用仿生蜗壳可以显著改善其叶轮流道及扩散段流体的流动状态,使离心泵内部流场更平缓,提高其运行的稳定性.