含沙水流在水轮机中的流动分析研究

本文从固液两相流的动量方程出发,研究了水轮机蜗壳、导水部件及转轮中的含沙水流运动规律。推证了含沙水流在水轮机中流动时,其沙子和液体的流动属于分离流动,即沙子和液体的运动速度和运动角是不相同的,且沙子质量越大,差值越大;并指出在水头相同时,水中含沙时水轮机的效率一般低于清水时的效率;进而分析了水轮机各过流部件的泥沙摩损规律。     

含沙水流在离心叶轮盖板腔体内的运动分析

根据含沙水流的运动特点,从固液两相流运动方程出发,从理论上定性分析了含沙水流在离心叶轮盖板腔体内的流动特性和速度分布规律,导出了叶轮盖板磨损强度与速度的关系以及影响磨损的因素.     

含沙水流时水轮机工作参数的定义和计算方法

从两相流动观点出发,推导了含沙水流时的伯努利方程式,使其更能真实地反映含沙水流的力学特性;对含沙水流条件下水轮机的工作参数进行了定义,进而推出其具体计算方法。经过与清水条件下的伯努利方程及工作参数进行对比分析,得出了清水与含沙水流能量转换的不同特点。指出了在相同静水头下含沙水流时水轮机的工作水头小于单相液体的工作水头以及水轮机输出功率、效率等参数的变化规律和含沙量的关系。     

应用磁致伸缩仪进行材料磨蚀试验研究

水力机械过流部件的磨蚀是我国多泥沙河流上运行的机组普遍存在的工程问题，致使过流部件严重损坏，机组频繁检修。本文采用磁致伸缩仪对材料进行了磨蚀试验，测定了不同含沙浓度、不同振幅工况下材料的质量损失量，探讨了黄河沙对材料磨蚀的影响及振幅对材料磨蚀的影响。     

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.     

轴流泵固液两相数值模拟及磨损特性研究

为研究轴流泵输送含沙水时过流部件的磨损情况,基于ANSYS CFX软件,应用非均相流模型和粒子模型,对轴流泵内固液两相流场进行数值模拟.重点分析了过流部件壁面处固相体积分数分布、固相滑移速度、体积分数分布及滑移速度与过流部件磨损的关系.结果表明:固相颗粒主要集中于叶片头部和叶片工作面,导致了叶片工作面磨损速度大于背面,并以进口头部的磨损破坏最为显著;固相滑移速度方向的不同,造成了叶片头部和叶片表面磨损类型的不同;固相滑移速度大的地方,固相体积分数较大,过流部件的磨损较为严重;在相同固相体积分数下,叶片工作面固相滑移速度大于背面;在叶片表面的同一部位,固相滑移速度均随着固相体积分数和颗粒直径的增大而增大,大颗粒对过流部件的磨损更为严重.     

水力机械抗汽蚀表面防护技术的应用现状及展望

汽蚀和磨损是水力机械过流部件普遍存在的主要问题.从这两个问题出发,阐述了水力机械表面防护技术的应用现状.结合涂层材料及其表面防护技术的发展,认为高速火焰喷涂(HVOF)制备的纳米结构WC-12Co金属陶瓷复合涂层可望更有效地减缓水力机械的汽蚀和磨损.     

含沙水流对磨蚀破坏影响的实验研究

本文介绍了用旋转圆盘装置进行的含沙水中磨损汽蚀实验研究结果。通过对清水汽蚀和浑水磨蚀试验结果的比较分析,研究了磨损与汽蚀的相互影响问题和水力机械在含沙水流中的一些侵蚀破坏规律。     

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.     

高压锅炉给水泵内部流动特征数值仿真

为了在性能试验前预测高压锅炉给水泵的水力性能,在并行计算机系统上应用计算流体动力学（CFD）技术,实现了高压锅炉给水泵整机三维流场数值仿真,计算采用雷诺时均N-S方程以及RNGκ-ε湍流模型．仿真和性能预测结果表明,部分过流部件内部出现局部强烈的漩涡运动,堵塞了流道面积,导致局部流动损耗增加．所以泵的初始模型的扬程、轴功率和效率未达到设计要求,研究结果可以指导部分过流部件结构优化设计,从而改善高压锅炉给水泵的水力性能．     

叶片式水力机械水力设计模型研究

对叶片式水力机械的水力设计模型进行了深入的对比研究。结果表明：考虑来流有旋、叶片有限厚及叶片力作用的准三维和全三维设计模型与实际流动更为接近，设计的转轮叶片能够满足设计者给定的设计参数，提高了水力设计的可靠度，是水力设计的理想模型。     

液压支架的液压冲击现象

通过对液压支架液压系统的冲击现象的分析，找出引起液压冲击的原因是液压流速的突变。并根据煤矿机械的使用特点，通过改变液压系统元件的可靠性，解决了油路系统的压力峰，从而避免了液压冲击。该办法行之有效，实际中得到良好的应用。     

磨料射流固液两相流场的数值模拟

为了解决磨料射流固、液两相流场运动对割缝效果的影响问题,采用数值模拟的方法,通过建立磨料射流固、液两相流场的数学模型,研究了磨料两相射流割缝的速度场和流动场规律。结果表明:磨料射流中割缝速度可达100 m/s左右,有利于有效割缝;有效割缝需要入射压力至少达到25 Mpa;磨料射流割缝过程中会形成了一道"水墙"阻止磨料射流全部高速射出。产生二次回流。虽然二次加速的效果有限,但二次循环的水和颗粒经过二次加速能够再一次对壁面形成高速打击,提高割缝效率。研究成果对磨料两相射流割缝提高油井采收率具有指导意义。     

旋转圆柱面叶栅内不可压缩流动杂交命题的变分原理与广义变分原理

本文分别以两类通用函数(角函数和矩函数)为自变函数,建立了旋转圆柱面叶栅内不可压缩流动A、B、C三类杂交命题的变分原理与广义变分原理,旨在为应用有限元法等有力工具来设计轴流式水力机械叶片提供理论基础。     

水力机械任意旋成面叶栅杂交命题的变分原理

本文建立了任意旋成面叶栅内不可压缩流动A,B和C三类杂交命题的变分原理,旨在从理论上为水力机械的准三元流动的数值分析提供新的途径。     

水力机械旋成面叶栅杂交命题的变域变分理论

本文通过对水力机械转轮叶片设计理论的研究,针对叶栅杂交命题求解域未定的特点,将叶栅未知边界位置坐标增设为自变量,利用反推法和泛函的变域变分公式建立了任意旋成面叶栅内不可压缩流动A,B,C,D和E类杂交命题的流函数型和势函数型变分原理与广义变分原理。将原来求偏微分方程组的边值问题转化为求一等价泛函的驻值问题,这样可以应用各种变分直接解法进行水力机械转轮叶片的设计、改型和流场分析。     

多传感器信息融合技术在液压设备故障诊断中的应用

为了克服液压设备传统诊断技术上的不足,提出了多传感器信息融合技术的故障诊断模型.该模型充分利用液压设备上能够携带故障特征的多类信息,并对这些信息在不同的层次上通过神经网络、贝叶斯理论、D-S证据进行有效的融合和计算,从而提高液压设备故障诊断技术的准确度.详细分析了多传感器信息融合技术的结构层次和一般方法,并讨论了信息融合技术理论在液压设备故障诊断模型中的原理和功能.达到了对液压设备典型故障的准确诊断.     

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.     

三元流场中速度梯度方程的分析

以准正交面法求解三元流场的理论为基础,依据实际计算模型,提出了水力机械流场计算中的速度梯度方程在曲线坐标系下计算的思路,给出了计算表达式．并通过空间点源的计算实例,对数值解与解析解做了比较,证明本文所提出的计算方法是可靠的．