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。     

确定大型混流式水轮机转轮设计应力谱的新方法

本文给出了由水轮机的出力确定叶片应力的简便方法。根据现场采集的出力数据,经过统计分析,可获得叶片上任何一点的应力分布函数,这就是设计用的载荷谱,它是转轮疲劳强度计算的重要数据资料。     

典型带挑臂钢箱主梁涡激力模型研究

为研究带挑臂钢箱主梁的涡激力模型,研究中以一座主跨为160 m的斜拉桥为工程背景,首先采用双向流固耦合的数值模拟方法对带挑臂钢箱主梁的涡振全过程进行了数值模拟分析,计算出主梁断面在不同风速下的涡振幅值,并与风洞试验结果进行对比 . 然后,基于已验证的数值模拟结果提取了主梁的涡激力时程,并以重构的涡激力值与目标值的残差大...     

汽轮机叶片激振力特性和计算方法的研究

研究了在稳定运行工况时影响汽轮机叶片激振力的主要因素.在建立抽排汽口、有偏差的静叶流道、静叶尾迹、冲角等主要影响因素模型的基础上,提出了通过谐波分析定量确定各阶谐波激振力的一整套力学模型和数值计算方法.给出了各阶谐波激振力量值与其主要影响因素之间的关系.研究结果可在定量确定叶片激振力和动应力计算中直接应用,不仅具有理论意义,且有工程实用价值     

海洋立管涡激振动抑振-俘能装置试验研究

设计了一种海洋立管涡激振动涡轮式抑振-俘能装置,并在波-流联合水槽中对3种不同覆盖率的抑振-俘能装置进行试验研究。通过变化外流流速与装置覆盖率,分析立管的位移均方根、抑振效率、发电量等参数,揭示不同流速与不同覆盖率对装置抑振效率及俘能效率的影响;结合装置发电效率和抑振效率,探索俘能与涡激振动抑制之间的耦合作用机理。研究结果表明：涡轮式抑振-俘能装置可以有效降低立管的振动幅值,在试验约化速度范围内的整体抑振效率高于60%,最大抑振效率可达97.13%;当约化速度满足装置俘能发电的最低限值后,发电量随着约化速度的增加稳步提升;抑振效率对于覆盖率的敏感度较低,抑振-俘能装置的发电效率受约化速度影响较大,在高约化速度下装置不仅可有效抑制涡激振动,还能够达到理想的发电效率,电量最大值时的抑振效率为81.85%。     

汽轮机间隙气流激振力分析及计算程序设计

本文给出了基于流体动力学的计算汽轮机均匀气流场和非均匀气流场直叶片、短扭叶片、长扭叶片以及汽轮机调节级间隙气流激振力的计算公式 ,介绍了基于以上公式的汽轮机间隙气流激振力计算程序 ,并讨论了程序设计中有关积分的处理方法。     

基于浮框式测力模型的桥梁涡激力特性研究

基于开发的内置浮框式三节段测力模型装置,通过弹性悬挂测振风洞试验测试了某大跨度斜拉桥初步设计主梁断面的涡振响应及对应的涡激力.分析了发生竖向涡激共振的0°与+3°两种风攻角下的数据,验证了内置浮框式三节段测力模型在桥梁断面气动力测试中的可靠性,对比研究了不同风攻角下涡激力与涡激振动响应的测试结果,探讨了锁定区间范围内涡振频率、力与位移之间相位差及涡激力做功的变化情况.结果表明,内置浮框式三节段测力模型可以在风致振动过程中同步测试气动力;所测试得到的涡激力频率在风速锁定区间内与位移响应频率完全一致,同时,模型的竖弯涡激力与涡激振动位移响应之间存在的相位差随风速增大而增大,而涡激力做功有一个先增大后减小的变化过程.     

复合材料立管涡激振动数值计算

基于尺度自适应模拟(SAS)和计算结构力学(CSD),对复合材料海洋热塑性增强立管(Reinforced Thermoplastic Pipe,RTP)涡激振动响应进行数值计算.数值计算了聚氯乙烯(PVC)立管涡激振动响应和复合材料层合板模态,并与实验数据对比,验证了文中双向流固耦合方法和复合材料建模的准确性.并且,分别计算了不同条件下的RTP立管和相同尺寸的钢制立管的涡激振动响应.计算结果表明:来流速度为0.1m/s时,RTP立管都发生了频率锁定现象;RTP立管的来流向振动响应和横向振动响应同样重要,不可忽略;来流向振动响应及流场三维效应导致立管中部区域振动响应的轨迹比较杂乱;来流速度为0.2m/s时,相同尺寸的钢制立管的来流向和横向振幅比RTP立管的小,且钢制立管主要是低阶模态振动;铰-铰约束情况下的RTP立管的振幅相比固定-固定约束情况下的整体上稍大,且主要是2、3阶振型运动.     

长短叶片水轮机尾水涡带动态特性数值分析

在保证CFD模拟长短叶片混流式水轮机可靠性的基础上,通过改变蜗壳进口流量,模拟得到了水轮机历经额定运行、甩负荷、部分负荷稳定运行、增负荷和额定运行五个阶段的尾水涡带演变规律.结果表明:长短叶片水轮机偏负荷工况不会形成常规混流式水轮机的螺旋涡带,尾水管边壁压力脉动幅值较小.采用Q准则和本征正交分解(POD)方法分析尾水涡带结构,当流量改变时,主流在尾水管中心和边壁之间转移,伴随复杂的涡带结构演变.随着负荷减小,单一柱状涡带、多级缠绕螺旋涡带和管壁处多股片状螺旋涡结构所携带能量依次增强,在部分负荷时管壁处螺旋涡结构能量占比达到8%以上.     

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.     

小流量下尾水管锥管内流的PIV测试试验研究

采用PIV激光内流测试设备对一个改进的HL220转轮模型试验所使用的尾水管锥管流场进行了测试,并对所测试各截面上的流场分布进行了详细的分析,研究了小流量工况下锥管径向面和于午面上的流场分布规律．结果表明：在小流量工况下,尾水管锥管内的瞬态流场呈现出明显的非定常特征,锥管中心处存在明显的回流,管壁处存在涡流;不仅小流量工况下的流场与最优工况下流场存在明显区别,小流量工况下瞬态流场与时均化流场的分布规律之间也存在一定的差异．PIV测试中采集收集的实验数据,有助于混流式水轮机小流量下尾水管非稳定性分析的内在机理研究,为CFD分析提供对比依据．     

HL310水轮机尾水管的优化设计

采用正交试验法,结合CFD数值计算方法,对HL310水轮机尾水管进行优化设计.提出一种新的造型方法,从改变尾水管断面形状入手,对繁复的传统设计方法进行改进,选用尾水管的几个主要几何参数为试验因素,以压力恢复系数为指标进行正交试验.通过CFD数值计算与试验结果对比分析,确定出最优试验方案.该方法简捷可行,设计效果较佳,不...     

尾水管压力脉动的模拟与现场实测

通过求解包括导叶、转轮、尾水管3大过流部件在内的水轮机流道内的三维不稳定Reynolds平均Navier-Stokes方程,获得了不同开度部分负荷下的尾水管压力脉动特征和涡带特征。计算采用了RNGk-ε模型。对所计算的水轮机,在尾水管进人门中心对压力脉动进行了现场实测。计算与实测的比较表明,在开度为65%~80%的范围内,计算所得涡带压力脉动低频频率与实测值吻合良好;在80%左右开度下,幅值预测也很准确,但65%左右开度下,幅值偏差略大;结合尾水管内涡带运动特征,对计算方法进行了评价:由于所采用的k-ε系列模型为统计模型,计算的压力脉动未能反映实测中出现的高频成分。     

Computer Simulation of Turbulent Flow through a Hydraulic Turbine Draft Tube

Based on the Naviev-Stokes equations and the standard κ-ε turbulence model, this paper presents the derivation of the governing equations for the turbulent flow field in a draft tube. The mathematical model for the turbulent flow through a draft tube is set up when the boundary conditions, including the inlet boundary conditions, the outlet boundary conditions and the wall boundary conditions, have been implemented. The governing equations are formulated in a discrete form on a staggered grid system by the finite volume method. The second-order central difference approximation and hybrid scheme are used for discretization. The computation and analysis on internal flow through a draft tube have been carried out by using the simplee algorithm and cfx-tasc flow software so as to obtain the simulated flow fields. The calculation results at the design operating condition for the draft tube are presented in this paper. Thereby, an effective method for simulating the internal flow field in a draft tube has been explored.     

尾水管涡带引起的不稳定流动计算与分析

尾水管内涡带引起的不稳定流关系到水电站机组的安全。针对一个混流式水轮机的典型部分负荷工况,采用PISO(pressure-implicitwithsplittingofoperators)方法,计算了尾水管内部由于涡带引起的不稳定流场,预测了涡带脉动频率以及尾水管各断面上压力脉动。结果表明,涡带压力脉动频率约为转频的1/3,与实际观察到的脉动频率相符。在此基础上,分析了尾水管直锥段、弯肘段和扩散段内的压力脉动特征以及尾水管内压力脉动对转轮内压力的影响。     

三峡水轮机尾水管涡带的CFD数值模拟

采用非定常雷诺应力湍流模式对三峡水轮机尾水管内的流动进行了数值模拟．分析了涡带的运动规律及其产生的水压力脉动的频率特性与相位特性和计算结果产生误差的原因,给出了改进的措施．研究结果表明,采用非定常雷诺应力湍流模式可以预测到尾水管内水压力脉动的频率特性,与现场试验的结果符合．     

喷动床导向管内粗颗粒的动特性

喷动床是处理粗颗粒物料的高效反应器．应用粒子图像测速仪（PIV）研究了喷动床导向管内粗颗粒物料的运动规律，测量了粗颗粒物料的瞬态流场及湍流度分布．粒子运动速度基本是轴对称的，轴心处速度最高；而在近壁处低，当喷动气流速度增加时粒子湍流度也增加，轴心处湍流度高于近壁处的湍流度．管中的流动湍动十分剧烈，湍流度始终很大，这加强了气流和物料间的热量和质量的传递．     

东江电厂水轮机尾水管里衬破坏原因初探

以东江水电厂混流式水轮机尾水管里衬破坏为研究对象，采用三维数值模拟方法对尾水管流态进行研究，指出了尾水管破坏是由于尾水管中形成了偏心旋涡产生的对尾水管的横向力，其解决办法是避开小负荷工况区运行或对尾水管补气。     

倒车时螺旋桨横向力计算方法

介绍了关于倒车螺旋桨横向力计算的问题.通过对倒车螺旋桨状态的分析,提出一种螺旋桨横向力计算的理论方法.类比进车时排出流对舵影响的方法,推导出倒车排出流的计算公式,同时对斜流横向力的系数进行了修正.依据理论分析,分别对不同的船型进行仿真研究,最后以实船进行验证.仿真结果表明,计算方法是合理有效的.     

混流式水轮机进动过程中转轮上冠转动流体力矩研究

通过模型实验和基于整体流动模型的数值模拟研究了混流式水轮机进动过程中作用在转轮上冠的转动流体力矩的基本特性.模型实验中的转轮用一个圆盘来模拟,其上冠与后顶盖之间形成一个很小的轴向间隙.内向流由外部水泵供给.检验分析了间隙内泄漏流速、径向间隙进口处的预旋速度和轴向间隙宽度对流体力矩的影响.研究结果表明,进动流体力矩在很小的正向进动角速率比区间内对转轮的进动具有自激效应,并且进口处预旋速度对自激区间的影响显著.通过对转轮进动过程中流体所产生的转动力矩在转轮旋转和不旋转两种情况下的比较,得出了法向流体力矩在转轮只有进动没有旋转的情况下对转轮的进动没有自激效应.法向流体力矩对进动所产生的自激效应是由转轮转动所形成的漩涡流引起的.