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.     

考虑水压力的混流式转轮振动特性分析

采用CFD技术对混流式水轮机进行全流道流动计算,将流动计算得到的水压力分布以离散点的形式作用于转轮过流表面;考虑离心力的作用并基于有限元技术,对混流式水轮机的整体转轮和单个叶片的振动特性进行了分析,对水压力和旋转离心力联合作用下混流式转轮振动特性的变化进行了研究.结果表明,在不同工况下运行时,水压力和旋转离心力对转轮和叶片的振动特性有不同程度的影响.在工程实际中应对此影响进行分析,为水力机组的稳定运行提供依据.     

三维湍流流动计算方法在中小型混流式转轮增容改造中的应用

针对新疆某电站水轮机转轮增容改造 ,基于 k-ε模型的全三维湍流计算技术在流动计算中的应用 ,给出了混流式转轮在贴体坐标系下的湍流计算的基本方程组 .应用该方法编制的程序对该电站水轮机转轮进行了优化后的主要流动计算 ,并设计制造出了新转轮 .经实际运行验证 ,达到了预期性能 ,效果很好 .     

水泵水轮机转轮全三维逆向设计方法

为研究可逆机转轮的设计方法,提出了按水泵给定流道参数和转数,从水轮机方向计算叶型的全三维逆向设计方法。对高水头水泵水轮机转轮进行了全三维设计,并对所设计的转轮用三维湍流数值模型进行了性能预估。结果表明全三维逆向设计方法是可行的,设计方法有较好的可控性。由于在设计中综合考虑了水泵和水轮机的双向流动特性,设计转轮有较好的效率。     

CFD技术在水轮机设计及改造中的应用

就当今水轮机设计及改造中采用的CFD技术———计算机模拟流态分析技术作了概要说明 ,CFD技术是一种全新的水轮机设计理念 .同时主要介绍了CFD技术在水轮机设计及改造中的应用 ,CFD技术的特点并对CFD技术在水轮机模型试验中的应用 ,即NTS(数字试验台 )作了较为详细地说明与介绍 .随着计算流体力学及大功率计算机的发展 ,此项技术正在成为水轮机设计与改造的主流     

转轮叶片裂纹分析，检测及处理

转轮是水轮机核心部件，转轮的叶片出现裂纹会严重威胁水电厂的安全运行。通过对水轮机转轮叶片进行有限元计算分析，得出应力过于集中通常是叶片裂纹产生的主要原因，此外，叶片也存在设计、制造、运行方面的问题，为此，介绍了水轮机转轮叶片裂纹无损检测的常用方法和一般工艺。     

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。     

叶型逼近求解水泵水轮机双向流动的方法

为了求解水泵水轮机转轮内部的双向流动,提出了基于全三维转轮叶片设计模型的叶型渐近方法.该方法从水轮机方向设计目标叶型,并得到水轮机方向流场.再利用设计程序,从水泵流动方向设计叶型,用单纯形加速法控制速度矩分布变量,使得该叶型逐步逼近目标叶型,并得到水泵方向的流场,即得到同一叶型的双向流场.根据计算出的流场可以预估转轮的双向能量性能与气蚀性能.对一高水头水泵水轮机进行了设计计算,结果表明,该方法是可行的.     

基于CAD-CFD技术的水力透平转轮设计

依据水力透平转轮的给定参数,运用CAD-CFD理论对水力透平转轮进行水力模型设计与模拟分析.采用CAD技术设计并修正叶片形状;用CFD技术,基于RANS方程,采用标准κ-ε湍流模型,对转轮内部三维流动进行数值模拟,分析其内部三维流动机理,预测水力透平转轮的性能.依据模拟结果和分析其流态、流场分布情况,验证转轮设计的合理...     

基于CFD的转轮叶片对虹吸式水轮机水力性能的影响分析

为了更加高效地利用超低水头水力资源,设计了一种采用虹吸式出水流道的轴流式水轮机。针对这一形式的水轮机,在设计水头和额定转速下采用CFD进行三维数值模拟,计算各过流部件的水力损失,研究水轮机的水力性能。通过改变转轮叶片出水边翼形,对比分析转轮出口水流流态与虹吸式出水流道水头损失的关系,研究不同叶片对虹吸式水轮机水力性能的影响。结果表明,在水头、转速和导叶开度相同的情况下,各修改方案中叶片3使得出水流道水头损失较小,其对应的平均涡角为13.26°,出水流道水头损失为0.135 m,水轮机的效率也较高(为89.33%)。此外,选取效率较高的叶片,改变叶片数量,分析其对虹吸式水轮机水力性能的影响。     

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。     

中小型水电站水轮机转轮改型设计的必要性和可行性

在分析了我国中小型水轮机组运行现状和水轮机转轮改型设计的必要性和可行性后,对水轮机转轮改型设计过程中应考虑的问题和改型设计内容进行了详细的分析研究.     

水泵水轮机转轮全特性与蓄能电站过渡过程的相关性分析

为研究水泵水轮机转轮全特性曲线对抽水蓄能电站过渡过程的影响,根据两者之间的相关性调整和优化可逆机转轮设计,该文结合工程算例,采用不同的水泵水轮机转轮全特性曲线,分别对抽水蓄能电站机组可控和不可控等不同状态下的过渡过程进行了模拟计算。计算表明,转轮全特性曲线是影响过渡过程的重要因素之一。根据转轮全特性曲线与过渡过程的相关性分析结果,使用全三维方法进行可逆机转轮设计。在设计过程中适当调整导叶相对高度等参数,改变特性曲线形状,减缓开度线变化斜率,可优化过渡过程。     

低比转速混流式水轮机转轮上冠型线的优化方法

通过混流式水轮机转轮上冠型线的优化,以提高水轮机效率为目的,基于ISIGHT软件集成GAMBIT和ANSYS FLUENT16.0软件,采用实验设计的最优拉丁超立方(optimal Latin hypercube, OLH)方法提出了80组设计方案.然后运用ANSYS FLUENT16.0软件对各方案进行数值计算,以设计工况下的水轮机效率为目标函数,进而用响应面方法(response surface method,RSM)得到近似模型.最后结合粒子群优化(PSO)算法进行自动优化设计,提出一种低比转速混流式水轮机转轮上冠型线的优化设计方法.该方法应用于模型混流式水轮机转轮上冠型线的优化设计,结果表明:优化后水轮机水力效率提高0.35%,从而为混流式水轮机转轮上冠型线的优化设计提供了合理有效的途径.     

混流式转轮的性能预估和增容优化

通过对原型混流式转轮的三维定常湍流计算,找出导致水轮机出力达不到设计要求的原因,根据计算结果对原型转轮提出增容优化改造建议,对改造后的转轮性能进行预估,以验证增容优化改造方案的可行性.流场计算以连续方程和雷诺时均N-S方程为基础,选用标准k-ε两方程湍流模型使方程组封闭,通过贴体坐标下的有限体积法对控制方程进行离散,数值求解采用SIMPLIC算法.计算结果表明,增容优化改造后的水轮机转轮流场分布较为合理,满足电站水力参数的要求,改造方案可行.此方法也可推广到转轮水力设计中.     

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.     

漂浮式潮流电站系泊张力分析

漂浮式潮流电站是潮流能开发的一种典型方式,系泊系统的设计分析是潮流电站开发的重点和难点之一,由于水轮机产生的流力巨大,系泊系统分析时需要对水轮机进行分析和考虑.基于(计算流体动力学)CFD技术,得出水轮机受力和水动力性能,应用软件对潮流电站锚链受力进行计算,对系泊系统进行校核.从结果中可以看出,由于水轮机的影响,对电站系泊系统提出了相当高的要求,设计的系泊系统满足要求.分析计算接近工程实际,计算结果将为实际工程应用提供理论依据和数据支持.     

混流式水轮机内部流动的整体解析及气蚀预测

采用计算流体力学方法,将整个水轮机划分为蜗壳、固定导叶叶栅、活动导叶叶栅、转轮和尾水管等几个域,对混流式水轮机进行整体解析,并根据各个域的残差履历,以转轮残差的充分收敛作为迭代计算是否收敛的判据.最后以某水电厂的混流式水轮机作为研究对象,得到了混流式水轮机的静态压力场,并利用压力场预测了转轮叶片出口负压面气蚀的发生时刻及发生部位,所得结果与实际转轮出口负压面气蚀结果一致,表明了文中方法的有效性.     

冷却塔水轮机转轮结构优化及模态分析

于Ansys Workbench平台,考虑不同工况及不同水轮机材料,对某冷却塔水轮机转轮进行流固耦合分析.通过对转轮过流面及叶片的水压力分布计算,将得到的水压力载荷加载到转轮叶片上,进行转轮体结构分析,得出不同工况和材料下转轮的应力分布及变形情况.对转轮进行干湿模态分析,得到转轮在两种情况下的固有频率和振型,并用试验验证.研究结果表明:各种工况下,转轮的最大静应力和最大位移随流量的增加而增加,均出现在转轮叶片进水边处;材料为ZG₀Cr₁₃Ni₄CuMo时结构的变形量更小,且质量更轻,更适用于冷却塔水轮机;将转轮的固有频率与各水力激振力频率比较,两者频率值相差较大,发生共振的可能性较小.数值分析结果为冷却塔水轮机强度及振动的校核与预测提供依据,并为转轮结构优化和材料设计提供参考.     

含减压管的混流式水轮机转轮密封数值模拟

为了分析混流式水轮机中的减压管对水力发电机组稳定性的影响,通过对含减压管和转轮上冠密封间隙的水轮机进行三维全流道数值计算,分析了减压管和转轮上冠密封的建模过程,并且依据计算模型和相应的边界及工况条件,分析了减压管的存在对转轮上冠密封间隙、顶盖和转轮上冠之间压力腔的流场的影响作用.模拟计算结果表明,顶盖和转轮上冠之间的压力腔中压力自外缘至旋转中心呈抛物线趋势变化;在机组设计和运行时要考虑减压管的设置以预防弓状回旋振动的发生;减压管中水流流入尾水管后不对尾水管流场产生影响.