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 .     

HL638-WJ-84型水轮机增容改造及数值预测

在无合适的新型转轮替代老转轮的情况下,可以采用减少叶片数以及切割叶片出水边的方法得到易于实施的改型转轮,从而达到增容改造目的.运用三维建模软件Pro/E进行建模,ICEM进行网格划分(非结构化网格),选用标准k-ω流模型以及SIMPLEC算法,Fluent 14.5进行水轮机全流道定常模拟计算,可以得到比较准确的水轮机外特性预测结果.水轮机全流动数值模拟计算可以为增容改造方案的可行性提供依据.以HL638-WJ-84型水轮机为研究对象,以减少转轮叶片数且切割出水边为改型方案,数值模拟了不同工况下改型前后水轮机的内部流动.外特性结果表明:改造后水轮机的最优效率区向大流量区域偏移,当转轮运行在限制工况时,改型后转轮出力比改造前增加16.35%.据此方案改造转轮,机组实际增容23%.     

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.     

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.     

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.     

大广坝水电站水轮机提效增容改造研究

基于海南大广坝水电站水轮机改造项目,通过分析电站运行中存在的水力不稳定现象和水轮机效率水平偏低的原因,提出了水轮机的改造方案和目标;讨论了水力参数和设计理念;介绍了改造前后转轮流道的本质差异。通过全流道数值仿真计算,定性评估了改造后水轮机的稳定性,定量标定了水轮机的效率水平,预期了模型水轮机的综合特性曲线。结论认为,改造后模型水轮机最优效率大于93.8%,额定效率91%,加权平均效率89.3%;原型水轮机最优效率95.1%,额定效率92.4%,加权平均效率90.8%;与改造前相比,加权平均效率增幅可达2.0%。     

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...     

CFD和CAD在水力转轮研制中的联合应用

针对轴流式水轮机转轮的研制,基于计算机辅助设计CAD和计算流体动力学CFD的联合应用,本文经过对水轮机转轮进行了大量的CAD和CFD迭代设计计算,其中CFD采用标准K-ε湍流模型,对转轮内部流动进行了流场和压力场的比较分析,最后优化设计了一轴流式转轮,结果表明CFD和CAD联合应用是转轮的现代设计强有力的工具。     

基于CFD的水轮机导叶翼型数值模拟及分析

基于RNGk-ε湍流模型和三维雷诺时均N-S方程,采用SIMPLEC算法对一个高水头、低比转速混流式水轮机进行全流道三维定常湍流计算,分析活动导叶翼型对水轮机性能的影响.数值计算结果表明,采用对称型和负曲度活动导叶可减少高水头低比转速水轮机导水机构中的漩涡、撞击和叶道涡,可使转轮的效率和出力增加,叶片背面的汽蚀得到改善.     

基于LBM的贯流式水轮机甩负荷特性研究

基于格子Boltzmann方法(LBM),采用壁面自适应局部涡黏模型,对原型贯流式水轮机甩额定负荷的瞬态过程进行了大涡模拟,获得了在活动导叶两段关闭方式下水轮机甩负荷过程中转轮转速、水力矩、轴向力等工作参数的变化规律,探讨了贯流式水轮机在甩负荷过程中导叶和转轮前后的水压变化.计算得到甩负荷过程中转轮最大转速上升率为36.7%,满足电站甩负荷调节的要求.较慢的导叶关闭速率可以降低水压力波动的幅度.对甩负荷过程中水轮机各过流部件内的瞬态流场进行了分析,结果表明:在水轮机甩负荷过程中,水流冲角的变化使得叶片表面产生低压区从而引起空化空蚀,在转轮和尾水管内部存在湍流涡及复杂的二次流动,影响系统的运行稳定性.     

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.     

水轮机尾水管涡带诱发的转轮横向激振力计算

针对引起水轮机机组振动最主要的振源——尾水管涡带,建立了一种计算水轮机转轮轴系横向激振力的可行性方法。通过对尾水管涡带对转轮流场影响方式和前人试验、数值结果的调查研究,建立了转轮出口延伸处涡带对转轮内流体的扰动简化模型,将这种涡带扰动流场作用于转轮三维紊流流场计算模型上,最终计算得到了不平衡横向激振力,可以作为轴系分析的已知外力,为水轮机轴系动力分析提供必要的数据。     

水轮机转轮叶片系统动力分析(Ⅰ)——力学模型与方程列式

根据水轮机转轮具有旋转周期性的特点,引入复约束的概念,对水轮机结构进行简化,可以显著缩减动力分析问题的计算规模。同时,为了考虑水对水轮机转轮的影响,假设水是不可压,无粘和无旋的,从而将水对水轮机的作用通过附加质量的方式引入到结构振动方程中。在结构动力方程求解过程中,注意到方程的系数矩阵中和子结构内部自由度相应的主要部分保持为实数矩阵,求解时利用此特点,可以大大节省计算的工作量。     

HL160－WJ－84型水轮机的增容改造技术

在理论计算基础上，结合转轮实测与实践经验，确定了叶片出水边切割量，铲除了叶片前半部分的鼓包，使ＨＬ１６０－ＷＪ－８４型水力发电机组在６５ｍ额定水头下最大有功功率增加２５％．经调节保证计算，为改造后的机组重选了关机时间Ｔｆ．为解决原机型非接触式密封装置在大负荷工况下主轴漏水喷入水导轴承问题，设计了新型平板橡胶接触式密封装置．     

气固分离机转子动力稳定性设计

气团分离机都有一个速度可调的带叶片的转子，其转子轴的设计、除了考虑强度与刚度条件以外，还应当考虑它的动力稳定性，本文从转子运动微分方程入手，对转子进行涡动分析，获得保证其动力稳定的第一临界转速极限值。根据此理论设计的转子已用于生产实际。     

岩滩水电站机组主要参数的选择及水轮机模型验收试验

岩滩水电站装机４台，装机容量１２１０ＭＷ．水轮机为混流式。额定水头５９．４ｍ，转轮直径Ｄ１为８ｍ，是我国目前尺寸最大的混流式水轮机。岩滩水电站水轮机性能采用模型验收试验方式验收．其全模拟模型最高效率达到９２％。     

滑动伸缩机翼刚柔耦合动力学分析

本文针对滑动伸缩机翼的变体重构原理,利用齿轮齿条机构实现机翼横向伸缩功能、利用纵置液压传动机构实现机翼纵向滑动功能,建立了基于Patran/Nastran和ADAMS的用于机翼滑动伸缩变体的横向、纵向二维传动机构刚柔耦合体虚拟样机模型,并对其进行仿真分析,从变体运动的速度、变体过程的振动情况、纵向滑块和滑槽之间摩擦力、横向齿轮齿条之间摩擦力以及横纵向驱动功率方面对机构进行分析。经仿真分析证明所设计的齿轮齿条及液压传动机构可作为滑动伸缩机翼飞机的变形机构方案。     

注射模热流道喷嘴加热功率的计算

本文对注射模热流道喷嘴的加热功率进行了理论计算和试验研究。由试验得出了热喷嘴单位质量启动功率、单位质量持温功率和温度的关系曲线，并对散热系数Ｋ值进行了定量研究。     

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.     

男女大学生运动员台阶无氧功率实验的比较研究

对男女大学生短跑运动员徒手及负荷条件下的台阶无氧功率、适宜外加负荷时的最大无氧功率及其相对值等进行了比较研究。结果显示：男子大学生短跑运动员的最大无氧功率及适宜负荷均明显大于女子,且其相对值也是男子明显大于女子。说明排除体重及运动专项等因素对无氧功率的影响,最大无氧功率和适宜负荷的相对值能更好地反映人体的肌肉质量和无氧工作能力,在评定运动训练效果及运动选票中更具有指导意义。