基于PRO/E的水力透平转轮实体建模的新方法

利用水力机械二元理论方法设计出一种低比转速混流式水力透平.鉴于采用其他三维造型方法给超低比转速混流式水力透平复杂的转轮叶片三维造型带来的较大误差,基于PRO/E 4.0的曲面处理能力,从叶片木模图提供的数据资料出发,将水平截面图中截线的前缘点与部分后缘点往外移动,采用读入点数据文件的方法建立叶片型面的空间样条曲线模型.为了实现实体模型的精确性,采用合并曲面的方法对叶片上冠、下环及进水边进行修型,构建出更精准的叶片空间型面,克服了以往利用木模图的二维线条直接生成转轮叶片而出现的不正常凹凸现象.利用该几何建模方法可以更进一步提高转轮内部流场数值计算、性能预测以及数控加工的准确性.     

多级能量回收水力透平导叶的优化设计

为了提高多级能量回收水力透平的效率,对已有的(DCSGT250-175X9)多级能量回收水力透平模型的流道式导叶进行优化设计.通过对设计的流道式正导叶的压力和速度分布的分析,获悉影响正导叶压力和速度分布的关键因素是其翼型工作面出口段的圆弧半径,由此设计了圆弧半径分别为138、135、134mm的3种方案.通过对这3种正导叶方案的多级能量回收水力透平进行全流道三维湍流的定常数值模拟,分别得到其正导叶的压力和速度分布.经分析、比较可见,正导叶工作面出口段圆弧半径为134mm时的设计方案更符合该多级能量回收水力透平流态和流场分布的要求.据此,再按该透平设计流量要求,优化流道式导叶的外径,并依据数值模拟与性能预测的结果,设计出符合要求且性能较优的多级能量回收水力透平的导叶.导叶优化后的多级能量回收水力透平模型的最高计算效率提高了1.1%,平均效率提高了3.4%.     

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。     

水力机械转轮准三维反问题研究与发展

将基于两类流面的准三维反问题计算分为基于S1流面和平均S2流面的两种反问题计算，并分别对这两种方法中的主要计算模型、算法、适用范围及特点进行了详细评述。结合作者对混流式水轮机转轮的准三维反问题的研究与实践，对转轮设计的发展方向提出了新的建议。     

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.     

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.     

双流道水力透平的性能预测与结构优化

借鉴低比转速混流式水轮机的叶片设计原理与双吸泵的结构型式,设计出一种卧式双流道混流式水力透平机.为了对其结构进行优化,保证性能和最大化水能回收效率,又能最大限度地降低研究成本,对导水部件采用几种不同翼型导叶的方案进行了探讨.研究结果表明:利用传统的头部较厚的导叶不利于水流绕流,在导叶头部处能量损失严重,而添加头部修型的负曲率导叶的水力透平效率最优,且在小流量工况下其水力性能较其他方案好,表明该导叶应用工况范围广,选择该设计要求下水力透平的导叶,缩短了产品设计周期与节约了成本,为将来水力透平机的结构优化和性能预测提供了有益的理论和实际应用参考.     

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。     

透平低压排气缸流场的数值模拟

采用适体坐标法和空度法描述了排气缸复杂 的结构,开发了排气缸三维网格自动生成软件。以数值模拟为手段,描述了透平低压排气缸内部复杂的三维可压缩湍流流场。编制了三维可压缩湍汉流场数值模拟软件,采用模型吹风试验校核了数值模拟结果,为排气缸的设计提供了新的途径。     

多级能量回收透平水力模型方案的开发

通过对九级能量回收水力透平的全流道三维定常湍流计算,确定能量回收水力透平水力模型的设计方案.计算以连续性方程、雷诺时均N-S方程作为其控制方程,采用标准κ-ε双方程湍流模型使方程组封闭.流速、压力的求解采用SIMPLE算法实现,离散采用具有二阶精度的隐式格式差分.计算结果详细地显示出透平内全流道的流速和压力分布,验证了...     

Computer Simulation of Turbulent Flow through a Hydraulic Turbine Draft Tube

Based on the Naviev-Stokes equations and the standard κ-ε turbulence model, this paper presents the derivation of the governing equations for the turbulent flow field in a draft tube. The mathematical model for the turbulent flow through a draft tube is set up when the boundary conditions, including the inlet boundary conditions, the outlet boundary conditions and the wall boundary conditions, have been implemented. The governing equations are formulated in a discrete form on a staggered grid system by the finite volume method. The second-order central difference approximation and hybrid scheme are used for discretization. The computation and analysis on internal flow through a draft tube have been carried out by using the simplee algorithm and cfx-tasc flow software so as to obtain the simulated flow fields. The calculation results at the design operating condition for the draft tube are presented in this paper. Thereby, an effective method for simulating the internal flow field in a draft tube has been explored.     

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.     

HL310水轮机尾水管的优化设计

采用正交试验法,结合CFD数值计算方法,对HL310水轮机尾水管进行优化设计.提出一种新的造型方法,从改变尾水管断面形状入手,对繁复的传统设计方法进行改进,选用尾水管的几个主要几何参数为试验因素,以压力恢复系数为指标进行正交试验.通过CFD数值计算与试验结果对比分析,确定出最优试验方案.该方法简捷可行,设计效果较佳,不...     

颗粒在水轮机转轮内的运动轨迹研究

根据颗粒在流场中的受力公式,推导出了低Re下颗粒在水轮机各通流部件上绝对运动的运动轨迹通解方程及高Re下的轨迹计算方程.在采用相对坐标的基础上,推导出了颗粒在水轮机转轮内的运动轨迹方程.还计算了不同颗粒在水轮机转轮内的运动轨迹.     

蜗壳出口截面对液力透平性能的影响

针对国内外液力透平的研究现状以及效率较低等问题,对一单级液力透平的蜗壳收缩管进行研究,并借助于ANSYS软件得到液力透平在不同蜗壳出口截面下的性能曲线,分析不同蜗壳出口截面对液力透平性能的影响,以及流场的压力、速度分布情况,计算在不同蜗壳出口截面下液力透平蜗壳收缩管的能量损失情况.研究发现:当离心泵用作透平时,通过优化蜗壳出口截面之后所获得的液力透平效率高于直接将离心泵用作透平的效率;且随着蜗壳出口直径的增大,液力透平蜗壳收缩管中的水力损失逐渐减小.     

水轮机叶片修复机器人结构设计及运动学分析

针对水轮机叶片修复工作环境对机器人的要求,设计了体积小、重量轻、方便转移的六自由度单轨式软轨焊、磨机器人.它由软轨、移动式小车、三自由度转臂及两自由度腕部组成.其中第一个自由度为移动关节,其余五个自由度均为旋转关节.修复机器人六个关节均选用交流伺服电机驱动.第一个关节采用谐波齿轮减速器,其余五个关节选用Bayside减速器作为减速装置.通过静力学计算和运动学分析,证明了该设计的合理性和有效性.     

水轮机选型设计数据库的创建与管理

针对目前水轮机选型设计工作繁琐、效率低且设计质量差的问题,探讨水轮机选型设计软件包的开发,详细阐述软件包开发中的数据处理和数据库的创建与管理.根据选型所需数据特性和功能对数据库结构进行模块划分,采用离散与回归拟合的方法对水轮机模型综合特性曲线进行数据处理,从而在Microsoft Access环境下创建水轮机选型设计数据库.实例计算验证该数据库完全满足水轮机选型设计软件的需要,并大大提高了水轮机选型设计的速度与质量.     

基于离心泵的多级液力透平的性能预测与数值模拟

建立多级离心泵的全流道三维实体模型,划分网格后导入Fluent定义边界条件.采用定水头变转速模拟方案,选取600m水头时不同转速工况点进行计算.绘制综合特性曲线并确定最高效率点对应的单位转速、单位流量.研究不同转速时透平的性能,得出透平的水头、功率曲线及最高点效率值随流量略微变化.固定转速改变流量做全流道数值计算,分析最优工况多级透平过流部件内部流场分布,发现进水室底部有两股液流混合撞击,反导叶有流动旋涡,出水室有螺旋尾迹涡带,叶轮头部还存在冲击损失等.针对以上现象,提出多级离心泵反转做透平使用时结构改进的措施.     

三维湍流流动计算在混流式转轮水力设计中的应用

根据实际工程的需要,对需在某具体水力参数下工作的水轮机转轮通过CFD的手段进行了转轮水力模型的设计与开发.设计过程中,基于RANS方程,采用标准k-ε湍流模型和有限体积法,对转轮内部的流动状态在某具体水力参数(含特征工况点)下,进行了全三维粘性流动的数值模拟;依据各工况下的模拟结果和分析其流态与流场分布情况的基础上,对初始设计出的模型转轮的翼型和叶片几何形状、尺寸做了进一步修正、改进;经性能预估验证,得到了水力性能良好的新的混流式转轮水力模型.文中采用结构和非结构化网格相结合的划分方法,不仅可行,而且还提高了网格质量和计算精度;用叶片正背面压力差表示叶片上压力分布的变化规律,可以更清晰地反映出叶片的作功情况.