含沙水流水轮机两列导叶相对位置对活动导叶磨损的影响

为减轻含沙水流对水轮机活动导叶的磨蚀破坏,以比转速为150的混流式水轮机水力模型A227-46为研究对象,在分析导叶磨蚀机理的基础上,对水轮机两列导叶相对位置对活动导叶磨蚀的影响.采用CFD商用软件在含沙水流条件下分别对不同活动导叶与固定导叶相对位置的流场分布进行数值模拟计算,获得沿翼型弦长方向在导叶内外侧各选取的6个点上的压力,并换算为压力系数绘制出各布置方案的压力系数沿翼型弦长的变化曲线,得到压力分布变化规律.通过对比找出含沙水流条件下水轮机活动导叶与固定导叶周向偏置较好的相对安放位置角φsg为8°;同时,若减小两者的径向相对位置,即合理地增大活动导叶分度圆的直径,可使活动导叶区的流速下降,从而减轻泥沙磨损与空蚀破坏程度;同时,也改善了转轮的入流条件,有利于水轮机性能指标的提高.     

含沙水水轮机导水部件模型实验装置

叙述了新研制的含沙水水轮机导水部件模型实验装置的设计、功能及测试方法。该装置简单、功能多,可用于水轮机引水、导水部件的流场研究与方案对比,也可用于含沙水流在管路及阀门中的流动及水泵工作特性研究;提出的含沙水时流场测压的内外平衡法,解决了测压孔易堵塞的难题。     

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。     

水轮机固定导叶与活动导叶的相互影响

本文通过对在专门研制的环盘式双列叶栅实验装置上所进行的固定导叶与活动导叶实验的分析,认为水轮机的固定导叶与活动导叶圆周方向的相互位置对导叶区域水流的特性和水力损失影响较大,指出了对称型和正曲率型活动导叶与固定导叶的最佳相对安放位置和流场的不同特性;建立了水轮机设计时确定固定导叶与活动导叶相对安放位置的经验公式;并分析了高水头低比转速水轮机导叶汽蚀破坏的主要水力原因。     

水轮机固定导叶的动力特性

为计算水轮机固定导叶的动力特性，提出了计算座环约束刚度的一个简化方法，推导了刚度系数的计算公式，利用通用板单元分析了导叶在空气中的自振特性，并在真机上作了原型观测；计算结果与实测值吻合较好，进而考虑流体耦合因素，计算了固定导叶在水中的动力特性。     

贯流式水轮机取消活动导叶的试验研究

低水头水电站机组的造价占电站总投资的比重很大,尤其是贯流式机组,如何简化机组的结构对节约投资是很明显的.我们设想将贯流式水轮机的活动导叶改为固定导叶,依靠转轮叶片调节流量进行了水力性能的试验研究,获得了较好的效果,並对不同类型导叶出口边流场分布进行了测试工作、为今后的导叶设计提供了参考依据.     

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．     

基于CFD的水轮机导叶空蚀研究

针对水轮机导叶的磨蚀破坏问题设计了模型试验,应用流体动力学控制方程和标准的k-ε湍流模型方程对不同导叶开度工况进行了数值模拟,结果表明模型试验导叶开度在15°到20°时可能发生空化,且主要空化区域为导叶侧面中部,以此区域作为空蚀防护的主要检测区域;在0°-20°范围内随着导叶开度的增大,空化空蚀越严重。计算结果与试验十分吻合。     

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。     

透平叶栅二次流瞬态特性的新测试方法

为了解决常规粒子图像测速系统（PIV）对小于20％主流速度的弱次流场进行测量时无法得到可靠矢量场的问题,通过调整第二束片光使其沿主流方向偏移1～1．5mm来跟踪粒子运动,实现了对高速流动中弱二次流瞬态速度场的可靠测量．在此基础上,组合调制4束激光片光的触发时序和空间位置,使不同时间触发的片光能跟踪粒子的运动,再结合2套互相关CCD和偏振光技术,可获得3组高时间分辨率的连续瞬态矢量场,从而实现了对非定常二次流质点运动及涡系结构演绎过程的跟踪测量．     

岩滩水电厂水轮机转轮动应力测试

通过动应力测试,得出水轮机转轮叶片的动应力变化规律,结果表明：动应力过大是引起岩滩水电厂３＃机组转轮叶片产生疲劳裂纹的主要原因之一。     

导叶式混流泵叶片三坐标测量分析

针对导叶式混流泵叶片在实施加工前测量困难或无法测量的问题,应用UG软件对叶片型面进行分析,运用坐标转换原理对叶片尺寸实施坐标转换,为叶片的准确测量提供了最终的优化方案。     

微型燃气轮机向心透平导向器的流场分析与设计研究

对微型燃气轮机向心透平导向器叶片型线的设计原则进行了探讨,设计出了5种尾缘厚度的导向器叶片,并分别对其通道流场进行了全三维黏性数值模拟.研究结果表明:以该型线设计原则设计出的高亚音速向心透平导向器叶片具有较高的流动效率,并且可以有效减小向心透平的径向尺寸;尾缘相对厚度对导向器叶片流动特性及效率影响较大,尾缘相对厚度每增加1%.叶轮进口气流角将减小约0.03°,速度系数将降低约0.1%.考虑到目前高温合金精密铸造的工艺水平,导向器叶片尾缘厚度取0.6~1.0 mm、尾缘相对厚度小于15%可以获得较高的气动性能.     

水轮机导叶两段关闭规律的优化计算及其应用

建立了水轮机导叶两段关闭规律优化计算的数学模型，开发了相应的ＦＯＲＴＲＡＮ程序，求得导叶最优关闭时间及最佳拐点位置，使参数选择有了明确的目标，能得到最优关闭规律。实例计算表明，本文方法可用于有效地改善水轮机机组甩负荷过渡过程的综合特性，并能进行实际计算。     

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.