水力机械过流部件的联合作用

利用有限单元法给出水轮机和水泵中相邻过流部件联合作用的解法.计算针对绝对流场进行.给出了绝对流场中运动叶栅边界条件的引入方法.解法适用于过流部件间没有相对运动和有相对运动;部件所对应的叶栅是环列多列叶栅或直列多列叶栅等情况.为研究水力机械中部件之间的相互影响,以及与此有关的不稳定特性等提供一种手段.     

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.     

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.     

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。     

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.     

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。     

涡轮机械流场中单颗粒的运动方程

针对涡轮机械的工作介质中含有固体颗粒对过流部件的颗粒磨蚀严重,但颗粒运动规律及相关特性尚不十分清楚的状况,从两相流和边界层理论出发,通过对固体单颗粒在涡轮的主流场及过流部件表面边界层中的受力分析,由牛顿第二定律推导出了描述涡轮机械流场中单颗粒的运动方程,并进行了数值算例分析,从中反映出了固体颗粒在该流场中的运动规律.该数学模型(方程)可用来进一步分析和研究涡轮机械内部流场中的颗粒运动及其对过流部件壁面产生磨蚀的影响.     

舰载导弹垂直发射系统燃气流场的三维数值计算

用求解三维Navier-Stokes方程的方法,对舰载垂直发射系统发射导弹时燃气流场进行了数值计算,紊流模型采用标准k-ε二方程模型,计算方法为有限体积法,计算网格为结构化网格.计算出了导弹点火后未动、导弹运动至发射箱1/4,1/2,3/4高度和导弹尾部刚出发射箱时等5种典型状态下的燃气流场分布规律,并给出了一些特性曲线,为深入研究这种复杂现象提供了重要的理论依据.     

超高水头混流式长短叶片转轮内部流动数值模拟

对超高水头混流式长短叶片转轮内部流动进行数值模拟分析.计算基于连续方程和雷诺时均N-S方程,选用Spalart-Allmaras一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.通过计算得出不同工况下长短叶片转轮内部流动的速度及压力分布,发现不同工况下短叶片表面的压力分布规律与长叶片基本相同.与常规转轮叶片流场比较发现,在上冠流面和中间流面上二者有相似的翼型压力分布规律,而在下环流面上长短叶片转轮翼型表面压力分布要优于常规叶片转轮,因而具有更好的空蚀性能.     

水力机械中含沙水流的两流体数学模型

针对含沙水流的特性和水力机械过流部件内流动的特点 ,从最基本的守恒原理质量守恒和动量守恒原理出发 ,根据两相流动的连续介质理论 ,在分析了相间作用力的基础上 ,建立了固液两相流动的两流体数学模型 .得出了水力机械中含沙水流流动的一种控制方程 ,以此控制方程 ,在其特定的边界条件下可以模拟水力机械各过流部件的流场 .     

轴流转桨机组桨叶液固耦合振动特性仿真计算

以流滩坝灯泡贯流转桨机组转轮桨叶为例,从推导的转轮叶片液固耦合运动方程出发,计算了轴流机组桨叶在空气中振动和在工作流道中液固耦合振动的主频和主振型,并对流滩坝电站桨叶在稳定运行中产生共振的可能性进行了分析。转轮叶片在工作流道中的主频、主振型和共振特性分析是机组安全运行不可缺少的研究内容,该文在理论计算方法上有别于原有的方法。给出的计算方法适用于其它类型叶片的液固耦合振动特性分析。     

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．     

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.     

水轮机流场可视化系统设计

根据水轮机结构特点，开发了模块化、人机对话式的三维水轮机流场可视化系统。对固定导叶、活动导叶、蜗壳、转轮及尾水管五大部件设计了相应的数据存储格式、数据处理系统、功能模块、用户界面和图形编辑系统。系统管理采用命令文件树结构的设计方法，使开发和使用具有灵活方便的特点。水轮机流场可视化系统实现了对水轮机各过流部件的流场特性、效率特性、空蚀特性及水流稳定性的图形显示功能。     

有限元法求解转轮内部流场入出口边界的处理

本文基于变分原理,以势函数为未知量,分析了转轮内部流场的入、出口边界条件,并以此为基础导出了 20结点等参元离散后,入、出口边界条件的数学模型,给出了直接三维有限元求解转轮内部流场时,不同的入、出口截面的处理方法及过程。并给出实算结果。     

提高设计过程对转轮性能的可控制程度

提出了可考虑来流有旋、叶片厚度影响及转轮内部流动的三维性的反问题控制方程和计算方法。在这种方法中给定转轮轴面的环量分布，相应的流场和叶片由迭代计算得到。通过该方法和其他计算方法得到的结果的比较说明：该方法得到的叶片可实现事先给定的环量分布，得到的流场可用来进行计算空蚀系数，并为效率估算打下了基础，从而可提高设计过程对转轮性能的可控制程度     

氧化沟水下推流转轮最优半径的数值模拟

氧化沟水下推流转轮是氧化沟中水流运动最主要的动力来源,转轮半径的大小对沟道内水流的流速以及流场结构有着重要的影响.本文采用气液两相流模型,并选取Realizable k-ε湍流模型封闭两相流时均方程,研究转轮半径的大小对整个氧化沟内流场的影响.控制方程的离散采用有限体积法;速度与压力耦合求解使用了压力隐式算子分裂PISO(Pressure-Implicit with Splitting of Operators)算法;模拟自由水面采用了VOF(volume of fluid)法.计算成果分析时,引入了最优半径比的概念.研究结果表明:当转轮半径与氧化沟弯道直径的比值r/d=0.218时,氧化沟中流速大于0.3m/s的流体区域占整个流体区域的百分比相对较大,并且此时在氧化沟直道中回流区域的长度最小.氧化沟转轮半径与氧化沟弯道直径的比值r/d=0.218,被称为最优转轮半径比.     

基于速度系数法和型线方程相结合的螺旋离心泵叶轮设计方法

针对螺旋离心泵采用速度系数法和采用型线方程进行设计中所存在的问题,根据螺旋离心泵叶轮结构特点,结合速度系数法设计方法和型线方程的螺旋离心泵设计方法,绘制螺旋离心泵的轴面投影图,检查轴面流道过水断面变化情况,将所绘制的轴面投影图上的所需结构参数值代入型线方程.此方法既避免了采用速度系数法进行水力设计时作图的繁杂和叶轮进出口附近区域流线分点不易确定和难以划分轴截面的欠缺,又避免了型线方程由于没有检查轴面流道过水断面变化情况而可能出现的轴面速度不均匀的情况.通过实例给出了此方法的的具体应用,并绘制出三维型线和三维模型.     

三峡转轮内部流动的全三维欧拉解

水力机械内部流动非常复杂,是强三维流动,只有用三维数值方法计算才能获得比较满意的结果。本文对水轮机转轮内高度复杂的流动进行了三维无粘数值计算。计算建立在三维Ｅｕｌｅｒ方程基础上,速度场和压力场的求解方法为速度、压力修正算法即ＳＩＭＰＬＥＣ算法,并且对固壁条件的给出提出了一种新的方法。最后对一真实的模型转轮进行了计算     

计算流体动力技术在水轮机优化设计中的应用

介绍了CFD技术在水轮机优化设计中的应用现状,提出了求解速度场和压力场的一种方法,论述了以三维流场的数值计算结果为基础,进行水轮机性能预测及能量损失分析的方法．并通过一尾水管的流场计算,给出了运用CFD技术计算所得的轴面流场分布图,印证了用计算机模拟代替模型试验的可能性．