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。     

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.     

应用三维空间导叶的混流式水轮机流动

为减小混流式水轮机转轮内的叶道涡,设计了两种三维空间导叶,推导了流量调节方程,采用了全三维全流道的湍流计算方法,完成了从蜗壳进口到尾水管出口,包含所有流道在内的数值计算;并进行了模型对比试验。结果显示:应用三维空间导叶对水轮机能量性能没有太大的影响,但是增大了活动导叶上部的水流出口角,从而减小了转轮叶片进口处的冲击,尤其是在高水头、小开度情况下,上冠处的冲击和脱流比二维常规导叶有明显改善,降低了叶道涡发生的可能性,提高了水轮机的运行稳定性。     

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.     

基于长短叶片混流式水轮机压力脉动分析

为了探讨长短叶片混流式水轮机的压力脉动规律,采用SST模型,探讨多种工况下水轮机的速度分布、压力变化以及多监测点的压力脉动情况。研究结果表明:转轮出口处流动过程极为复杂,蜗壳与转轮存在动静干涉,且随着流量的增加,蜗壳与转轮的动静干涉效应越明显。转轮区域压力脉动的产生是因为导叶出口水流流动不均匀,造成导叶及转轮间动静干扰。     

基于PRO/E的混流式水轮机叶片的三维造型

针对混流式水轮机叶片形状的复杂性给其三维实体造型带来的困难,以混流式转轮叶片二维木模图为基础,基于PRO/E软件的三维建模功能,采用从点到线、线到面、面再到体的方法,对混流式水轮机叶片进行三维造型.为了提高造型的准确性,用切割的方法对叶片进水边、上冠及下环进行修型,从而可真实准确地得到木模图所表示的混流式水轮机叶片的三维实体造型.     

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 .     

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.     

水轮机尾水管水压力脉动与运行工况的关系

以三峡水电站水轮机运行工况为模拟条件,进行了混流式水轮机尾水管压力脉动试验研究;分析了在水头变幅较大的工况下混流式水轮机尾水管水压力脉动与转轮出口水流环量及单位参数之间的关系．研究结果表明,适当选定混流式水轮机额定参数对减轻尾水管水压力脉动是十分有效的．     

水轮机尾水管水压力脉动与运行工况的关系

以三峡水电站水轮机工况为模拟条件,进行了混流式水轮机尾水管压力脉动试验研究,分析了在水头变幅较大的工况下混流式水轮机尾水管水压力脉动与转轮出口水流环疸及单位参数之间的关系。研究结果表明,适当选定混流式水轮机额定参数对减轻尾水管水压力脉动是十分有效的。     

Dynamic Stresses in a Francis Turbine Runner Based on Fluid-Structure Interaction Analysis

Fatigue and cracks have occurred in many large hydraulic turbines after they were put into production. The cracks are thought to be due to dynamic stresses in the runner caused by hydraulic forces. Computational fluid dynamics （CFD） simulations that included the spiral case, stay vane, guide vane, runner vane, and draft tube were run at various operating points to analyze the pressure distribution on the runner surface and the stress characteristics in the runner due to the fluid-structure interactions （FSI）. The dynamic stresses in the Francis turbine runner at the most dangerous operating point were then analyzed. The results show that the dynamic stresses caused by the hydraulic forces during off-design operating points are one of the main reasons for the fatigue and cracks in the runner blade. The results can be used to optimize the runner and to analyze other critical components in the hydraulic turbine.     

混流式水轮机转轮应力场的有限元分析

混流式水轮机是大型水电站的重要设备之一,在运转中,水轮机转轮的叶片上常常有疲劳裂纹发生,本文借助于有限元法给出了叶片中的应力场,并提出了产生疲劳裂纹的原因,同时还讨论了叶片的工作载荷,为研究混流式水轮机转轮叶片的疲劳强度提供了有用的资料。     

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.     

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。     

转轮叶片裂纹声发射信号的特征提取及其传输

为了实现水轮机转轮叶片裂纹在线监测,本文对基于DSP的转轮裂纹声发射检测系统进行了软件和硬件设计,实现了对金属裂纹声发射信号进行分析并提取其信号的特征参数,然后通过蓝牙模块将特征参数传到上位机.经实验测试表明提取的声发射信号特征参数有效,数据传输误码率低.     

三峡模型水轮机转轮前后的流动特性

水轮机转轮前后流动特性的测试对于了解流动型态、改进水轮机的水力设计有重要意义。用五孔球测量三峡水电站模型水轮机转轮前后液动特性的结果,并对在最优工况及偏离工况下的测试结果作了初步分析。测试结果表明,最优工况的轴面速度分布规律介于一元理论及二元理论假设之间,数值偏大,沿转轮进、出口边的环量分布均为自上冠至下环逐渐增大。     

基于PRO/E的水力透平转轮实体建模的新方法

利用水力机械二元理论方法设计出一种低比转速混流式水力透平.鉴于采用其他三维造型方法给超低比转速混流式水力透平复杂的转轮叶片三维造型带来的较大误差,基于PRO/E 4.0的曲面处理能力,从叶片木模图提供的数据资料出发,将水平截面图中截线的前缘点与部分后缘点往外移动,采用读入点数据文件的方法建立叶片型面的空间样条曲线模型.为了实现实体模型的精确性,采用合并曲面的方法对叶片上冠、下环及进水边进行修型,构建出更精准的叶片空间型面,克服了以往利用木模图的二维线条直接生成转轮叶片而出现的不正常凹凸现象.利用该几何建模方法可以更进一步提高转轮内部流场数值计算、性能预测以及数控加工的准确性.