水轮机全蜗壳圆形断面的水力优化设计方法

针对目前水轮机蜗壳常规水力设计方法中存在的不足,合理划分水轮机蜗壳内水力损失的组成,建立水轮机蜗壳内的水力损失计算模型,改善水轮机蜗壳的水力性能.以水轮机蜗壳的水力损失为目标函数,以沿水轮机蜗壳周向断面的速度矩分布规律为设计变量,对水轮机蜗壳进行优化设计.通过实际编程计算证明,采用变速度矩法设计出的水轮机蜗壳达到了减少水力损失,提高水轮机蜗壳水力性能的目的.     

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．     

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。     

离心泵蜗壳内部清水流动测量

利用ＬＤＶ分别测量了最优和小流量工况下矩形断面蜗壳内３个断面内的清水平均流动．实 验发现,蜗壳内部液体绝对速度的圆周分速度比径向分速度大一个数量级;蜗壳内存在螺旋运动; 蜗壳断面内流体角动量不守恒;无论在最优还是在小流量工况,蜗壳内部流动都是扩压流动;在小 流量工况,扩压更为严重．     

全蜗壳的非圆形断面水力设计及其CFD分析验证

针对水轮机全蜗壳常规水力设计方法中存在的不足,对蜗壳中水流遵循速度矩为常数规律运动的非圆形断面水力设计进行分析,利用数值计算方法,使蜗壳尾部圆断面内的水流遵循速度矩为常数的运动规律,而无需转换成椭圆断面,从而完善蜗壳非圆形断面的水力设计方法.经实例设计与CFD流场模拟分析验证表明,采用文中所提出的非圆断面设计方法设计出的蜗壳,水流运动基本符合设计假定,其流场分布与理论分析相符合,设计出的蜗壳流道平顺光滑,流态分布良好.     

小流量工况下离心风机蜗壳内部的三维流动测量分析

利用五孔探针对小流量工况下离心通风机大宽度矩形截面蜗壳内部的三维流动进行了详细的测量，给出了蜗壳螺旋通道部分的3－8个横截面内比较清晰的时均速度，静压和总压的分布图形，结果表明，在小流量工况下，蜗壳内部的二次旋涡在蜗舌处就开始形成，在一个横截面内，由开始有1个涡发展成2个，甚至3个涡，速度沿径向的分布与动量矩守恒规律经较明显的差别，特别是蜗舌附件区域的速度和压力分布与通常的分析有限大不同，蜗壳内的损失可初步归纳为4种；二次流损失，内泄漏损失，冲击损失和磨擦损失，在小流量工况下，二次流损失和内泄漏损失相对最为严重。     

横向间距和截面形状对汽轮机切向进气蜗壳气动性能的影响

为了降低蜗壳总压损失并提高出口气流均匀性,对影响切向进汽蜗壳的气动特性和流场形态的因素进行了研究。采用数值方法求解了三维RANS方程和SST湍流模型,分析了横向间距和截面形状对汽轮机切向进气蜗壳气动性能的影响。数值模拟得到的部分切向进气蜗壳的质量流量和出口马赫数与实验测量数据一致,验证了数值方法的可靠性。对比分析了不同进口总压下5种切向进气蜗壳耦合静叶结构的气动性能参数和流场型态,结果表明:5种进气蜗壳耦合静叶结构的出口气流角基本不随进气总压的增加而改变;5种进气蜗壳耦合静叶结构的总压损失系数和质量流量会随着进气总压的增加而增加;进气蜗壳出口气流角随着横向间距的增加而增加,圆特征截面进气蜗壳出口气流角大于类多边形特征截面进气蜗壳的;随着横向间距的增加,5种进气蜗壳耦合静叶结构的蜗壳总压损失系数增加,静叶总压损失系数减小,进气蜗壳耦合静叶结构的总压损失系数先减小后增加;进气蜗壳截面形状对总压损失系数的影响明显大于横向间距的,类多边形特征截面蜗壳的总压损失系数明显大于圆特征截面蜗壳的;静叶出口气流角几乎不受横向间距和特征截面的影响;圆特征截面切向进气蜗壳耦合静叶结构具有最低的总压损失系数,圆特征截面完全切向进气蜗壳耦合静叶结构在蜗壳出口具有最佳的出口气流角周向分布均匀性。     

自吸离心泵蜗壳内瞬态流动特性

为了研究自吸离心泵蜗壳内瞬态流动特性,分别对有、无回流孔时的模型泵进行了三维非定常流动数值模拟,得到了蜗壳内压力脉动特性和蜗壳回流孔处的瞬态流动特性.研究结果表明:回流孔的存在使蜗壳内压力脉动更加剧烈多变;蜗壳内最大幅值监测点处的蜗壳断面上,存在强度较大、位置对称、大小不等的反向二次流漩涡;回流孔向蜗壳的流出口处存在较大的涡量,且在此处的蜗壳断面和其垂直截面内都有随时间周期性变化的漩涡流动结构;有回流孔时的最大脉动幅值在0.8、1.0和1.2倍设计流量工况下比无回流孔时相应工况下的幅值分别增大35.5%、13.7%和19.6%.     

不同蜗壳断面水力计算的数学解法

通过简单明了的数学推导，阐述了不同类型蜗壳断面水力计算的数学解法，不仅有利于设计人员的参考引用，也有利于高校教学。     

向心透平蜗壳轴向对称性影响的数值模拟研究

基于三维Naiver-Stokes方程组，采用分块结构化网格，用数值计算的方法模拟了矩形截面轴向对称和非对称蜗壳内气体的流动．湍流模型采用Baldwin—Lomax代数模型．模拟的结果表明，对称蜗壳和非对称蜗壳在出口气流特征上基本一致，非对称蜗壳气流的周向均匀性要优于对称蜗壳；非对称涡壳的后1／4流程出现了横向压力梯度，这个梯度容易引起二次流动损失．     

离心风机基频气动偶极子噪声的数值研究

运用计算流体动力学技术及声比拟理论研究了离心风机3个不同流量下蜗壳及叶片表面偶极子声源产生的基频噪声.风机内部三维瞬态流场由计算流体动力学模拟得到.根据气动声学的FW-H方程对蜗壳内表面提取偶极子声源,对于叶片噪声利用Lowson公式进行建模.为了使计算模型更符合实际,建立了以蜗壳为界的内外声学直接边界元模型,使用多区域声学边界元模型,考虑蜗壳对声传播的散射作用,内部噪声通过蜗壳的进出口传播到风机外部.结果表明:在非定常流场中,蜗壳表面的压力波动以基频为主,而叶片上的压力波动并没有明显的基频分量;蜗舌是基频噪声的最主要声源;随着流量变大,蜗壳辐射的噪声急剧增加;由叶片产生的偶极子基频噪声比蜗壳小,特别是在大流量工况下.     

一种双吸式血液泵水力设计

为了更好地满足体外循环装置和人工心脏的运行要求,该文采用RANS方法和SSTk-ω湍流模型对一种双吸式血液泵进行了三维定常湍流计算;在详细分析血液泵内部流动特征的基础上,对泵的水力部件如叶轮及压水室进行了设计优化,并探讨了各种设计对血液泵主要运行参数的影响。结果表明:压水室隔舌附近的流道容易出现较大的局部壁面剪切应力,是泵内血细胞容易受到损伤的危险区域;适当增大压水室断面面积有利于提高泵的水力效率;选择较大的叶片出口安放角时血液泵可获得较高的扬程,但采用径向叶片叶轮(出口叶片安放角为90°)时须设法控制流动扩散及其对泵性能的影响;所设计叶轮的平均壁面剪切应力为20～26 Pa,小于损伤血细胞的临界值。     

大型水轮机蜗壳座环与水泥基础间的接触问题

本文在采用板壳元、块体元、边界元、伪单元和建立接触点对的基础上,利用分步加载法对蜗壳、座环与水泥基础间的间隙和接触问题进行了有限元分析计算.实例考核证明本文的理论与方法正确、可靠.     

变工况下离心泵蜗舌处压力波动的试验研究

对某一离心泵在变流量工况下蜗舌处的压力波动进行了实验测试与分析。该离心泵的叶轮由原叶轮车削而成,具有5个主叶片和5个背片。性能测试结果表明,随着流量增大,离心泵的压头下降而效率增加,但实验最大流量工况并未达到高效点,而较大的蜗舌间隙使得该离心泵的总体性能低。在压力波动方面,蜗舌处的压力波动以离散频率分量为主,特别是叶频(BPF)分量,而四倍叶频以上的压力波动幅度已很小。由于离心泵运行在小流量工况下,蜗舌处流动扰动及分离主要发生在蜗舌内侧,因此蜗舌内侧的压力波动幅度大于外侧。研究结果可为离心泵的降噪提供参考。     

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.     

离心风机蜗壳进口周向来流的非均匀性对其旋涡流动影响的数值研究

运用CFD技术对一离心风机整机作数值模拟，研究了蜗壳进口周向非均匀来流对其内旋涡结构、演化过程的影响．计算结果表明，蜗壳内各径向截面上产生了3个旋涡，一个进口涡和一对梯形涡，且都经历了初生、发展、耗散和溃灭等过程．与单蜗壳在周向均匀来流的假设下计算所得的旋涡结构相比，两者存在很大的差别，这说明只有考虑蜗壳来流的非均匀性影响，才能比较准确地模拟其内的旋涡运动．     

大型水轮机蜗壳、座环结构优化设计

本文对由水轮机蜗壳、座环和水泥基础所构成的复杂组合体,在采用板壳元、块体元、边界元和伪单元等四类单元进行有限元分析的基础上,选用最速下降法研究了优化设计过程,并编制成程序系统.经工程实际考核,证明理论正确,作法可靠,从而为改进结构,提高设计水平提供了一种新途径.     

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。     

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