流态解析在水轮机上的应用

前言 理论上讲,水轮机蜗壳向固定导叶和活动导叶提供的水流应当是一样的,然而事实并非如此。由于蜗壳中的水流在转弯,还产生二次流,从而导致圆周方向和高度方向液态的明显不同,进而引起水力损失。蜗壳中水流转弯处的水力损失主要是     

发电设备流体动态数值解析高新技术的开发应用

通常认为,水轮机蜗壳向固定导叶和活动导叶提供的水流应当是一样的,然而事实并非如此。由予蜗壳中的水流转弯,还产生二次流,从而导致圃周方向和高度方向流态的明显不同．进而引起不等的水力损失。蜗壳中水流转弯处的水力损失主要是由于固定导叶的尾流引起的,特别是在蜗壳转角120°附近的水力损失较大。为了减少这种损失,提高水轮机效率,就必须掌握流道内部流态,明确损失发生机理,比较准确地找出发生水力损失的具体部位。     

发电设备流体动态数值解析高新技术的开发应用

0前言 通常认为,水轮机蜗壳向固定导叶和活动导叶提供的水流应当是一样的,然而事实并非如此。由于蜗壳中的水流转弯产生二次流,从而导致圆周方向和高度方向流态的明显不同。进而引起不等的水力损失。蜗壳中水流转弯处的水力损失主要是由于固定导叶的尾流引起的,     

蜗壳流道高效泵装置研究

通过流道水工模型试验和泵装置模型试验,对大型泵站蜗壳进出水流道进行了深入的研究.在原设计方案的蜗壳进水流道中加设了隔涡板,有效的阻止了进水流道中水流的旋转,使装置效率提高了15%;对蜗壳出水流道的导水锥、扩散管和蜗壳段的型线进行了优化,有效的降低了水力损失,使装置效率又提高了6%,最高效率达到了78.2%.该蜗壳进出水流道高效泵装置的研制与开发拟补了以往蜗壳流道泵装置效率不高的缺点,为蜗壳进出水流道在大型低扬程泵站中进行推广和应用奠定了基础.     

面积变化规律对全蜗壳水力性能的影响

给定面积变化规律的设计方法已经成为蜗壳设计的主流.本文基于N-S方程和标准k-ε紊流模型,用数值模拟的方法分析了三种典型的面积变化规律对全蜗壳水力性能的影响.主要比较分析了蜗壳断面面积变化规律对速度场、压力场、出口水流角及固定导叶区流量分配等参数的影响,最终提出了水力性能优秀的蜗壳断面面积变化规律的基本特征.     

计及蜗壳影响的过渡过程计算新方法

本文将蜗壳看作沿转轮四周连续分流的分叉管系统,应用水力瞬变中的叉管理论推出一种能计及蜗壳各断面水锤效应,并使仿真计算更接近实际情况的新方法。文中给出了瞬变计算时为保证必要精度而实际所需的蜗壳分段数。 通过更真实地考虑蜗壳中的水流模型,本文提出的方法不仅改进了蜗壳中水锤的仿真计算。同时此方法可计算出过渡过程中蜗壳各断面上的压力上升值,为分析过渡过程中机组承受的径向力提供了数据和信息。     

水轮机金属蜗壳水力设计方法研究

本文分析了目前水轮机金属蜗壳水力设计方法中存在的问题，提出了一种水轮机金属蜗壳水力设计的新方法。     

超低扬程双向流道泵装置压力脉动特性研究

沿江泵站承担了灌溉、排涝、水环境治理等双向引排水任务，受长江潮位影响，双向水泵装置经常运行至零扬程附近，实际流量超过设计值30%以上，流道水力损失增大，流态紊乱，易引起水力振动，影响机组运行安全。采用CFD技术对沿江某低扬程双向流道泵装置进行水流流动及压力脉动特性研究，并结合模型试验进行验证。研究表明：超低扬程工况下，泵装置进出水流道盲端存在较大回流，出水流道内回流强度较大，导致水力损失增加；进水流道内测点主频为6倍转频，次主频为1/8倍转频；出水流道内测点主频无明显规律，但幅值相近，低频脉动占主导地位。研究成果可为沿江泵站超低扬程工况下水泵装置水力振动研究提供参考。     

非设计工况下虹吸式出水流道内流数值分析

采用非结构化网格和SIMPLEC算法，对非设计工况下虹吸式出水流道的内部流动进行了数值分析。结果表明，轴流泵后导叶出口断面流速分布不均匀，存在横向流速和剩余环量，与均匀、无旋和轴向出流假定有明显差别。在非设计工况下，虹吸式出水流道内部流态恶化，下降段和出口段的回流区范围增大，驼峰断面和出口断面轴向流速分布均匀度显著下降。在Q=3501／s时，出口断面左右两侧质量加权平均流速分别增大了93．39％和35．54％。研究还发现，流道右侧的流量大于流道左侧的流量，在p=2501／s及Q=4201／s时，左右侧流量比高达1：2．33。非设计工况下流道的水力损失恒大于相同流量时设计工况下的水力损失，左侧的水力损失大于右侧的水力损失，且不符合二次抛物线变化规律。在水泵最高效率点附近，设计工况与设计工况下水力损失的差值有最小值。     

大型泵站双孔出水流道偏流分析

原型观测和模型试验都表明,轴流泵和导叶式混流泵双孔出水流道两孔流量不等,存在偏流.指出流道水力损失与水流环量有关,分析偏流对流道水力损失和泵装置效率的影响,研究偏流形成机理,提出消除偏流的方法.结果表明:水泵出流环量和出水弯管二次流共同作用形成了出水流道偏流,偏流使出水流道水力损失增大,泵装置效率下降.增大后导叶出口安放角,可以消除环量和偏流,提高泵装置效率1.6～2.4个百分点.     

用数学解析法进行混凝土蜗壳的水力设计

本文主要论述了利用数字方法求出蜗壳各部分的面积，进行水力设计。     

3种泵轴倾角斜式进水流道水力性能的比较

采用三维湍流流动数值计算的方法,对泵轴倾角为15°、30°和45°的3种斜式进水流道的水力性能分别进行了较为深入的研究,并对3种泵轴倾角的斜式进水流道分别进行了流道模型试验研究.结果表明:3种泵轴倾角斜式进水流道内的流态平顺均匀、水力损失小、水力性能优异,可为水泵叶轮室进口提供近乎理想的流态;斜式进水流道出口的目标函数...     

不完全蜗壳的三维结构化网格划分及粘性流数值模拟

网格质量对数值求解的稳定性及精度是至关重要的。结构化网格以其节省内存和便于节点编号等优点被广泛使用。许多流动分析商业软件均采用结构化网格进行数值求解,然而对于几何形状复杂的通道,如何提高网格质量,尤其是网格的正交性成为计算成败的关键。带支墩的不完全蜗壳是水轮机中几何形状复杂的通流部件之一．本文结合一个轴流项目专题着重研究丁蜗壳．探讨丁不完全蜗壳结构化网格划分中的一些处理方法．并通过求解平均化Navier-Stokes方程进行了流动分析计算：比较了优化蜗壳与原型蜗壳对水轮机水力性能的影响．通过数值损失和沿圆周液流角的变化确定了该问题合理的节点数。     

蜗壳流量系数探讨

以水轮机蜗壳内水流运动的理论基础为依据，结合流体力学和数学、几何学的原理，对蜗壳流理系数进行了定量分析，为应用蜗壳测流法测量水轮机流量提供了一种蜗壳流量系数的计算方法。     

不同支墩的蜗壳对水轮机流场特性及性能的影响

通过对轴流转桨式水轮机四种不同支墩的蜗壳数值模拟,研究结果表明：从水轮机转轮室进口来流的均匀特性来看,蜗壳支墩的个数和形式对水轮机的水力要素和性能影响较大;叶道间的流量沿导叶高度方向自顶盖至底环逐渐增大,支墩和蜗壳的形式对鼻端附近固定导叶和蜗形进口附近的活动导叶叶道间的流量具有一定的影响。支墩尾部自底环至顶盖扭向蜗型的部分能够将水流很好的引向蜗形部分,使水流在圆周方向上的分布更加均匀,有利于提高水轮机的整机效率和机组运行稳定性。     

侧式短进出水口水力试验及体型优化

本文结合大树子抽水蓄能水电站下库进出水口试验任务,对侧式短进出水口在不同工况下的流速分布、水头损失、库区流态等水流特性进行了水力模型试验研究。对原设计体型成功进行了优化,使各项水力参数达到比较理想的效果,解决了抽水蓄能电站侧式短进出水口在出流时流态分布不均匀与水头损失系数偏大的难题。     

大型泵站进水流道技术改造优选设计

进水流道的出口流态决定了水泵的进水条件,直接影响到水泵的能量性能、汽蚀性能和安全运行性能,在进水流道水力设计和模型试验中应给予特别重视。本文采用数值计算的方法,模拟了南水北调东线工程某大型泵站不同进水流道设计方案时的内部三维流动,计算结果与模型试验和泵站运行中观察到的实际情况相当吻合。把水泵进水条件和流道水头损失作为流道水力设计的目标函数,通过计算机数值模拟和优选,获得了优秀的进水流道设计方案。流道出口水流轴向流速的分布均匀度提高了3.26%,出口水流的偏流角减小了1°,水头损失减少了24.1%,水泵的进水条件得到了大幅度的改善。     

卜型岔管水力模型试验及三维数值计算研究

结合无锡马山抽水蓄能电站卜型岔管试验研究，对卜型岔管不同工况的水流流态、水头损失等水流特性进行了水力模型试验与数值计算研究，试验中发现并成功地模拟出二次流流态。数值计算采用Reynolds应力方程模型(RSM)的湍流模型，应用有限体积法和二阶迎风格式，速度场与压力的耦合计算采用Simplec。研究结果表明，计算与试验结果吻合较好。卜型岔管在不同运行工况下的水头损失差别较大，多数工况下流态分布比较均匀，总体能量损失较小，适合工程中优先选用。     

水轮机蜗壳的水力设计方法

探讨了水轮机蜗壳水力设计的一种新方法－－变速度短法,研究了它与人定断面面积法及变周向平均速度法之间的联系。该方法是水轮机蜗壳常规水力设计方法的推广。     

基于现代CFD过程的轴流式水轮机通道的改进设计

阐述采用流动分析商业软件CFX TASCflow求解Navier Stokes方程并结合κ-ε紊流模型来改进轴流式水轮机水力设计的方法.多年来,在轴流式水轮机转轮研究方面作了大量的工作并取得了巨大的进步;然而,随着研究的深入,在提高机组的效率方面单从转轮本身考虑余地有限,除转轮以外,其它过流通道也必须进行充分研究.结合一个轴流式水轮机开发项目,首先通过流动数值模拟研究了半蜗壳内的流动,提出了数值液流角、损失以及流量分配的概念对改进设计非常重要.在蜗壳优化的基础上,进一步指出:由于半蜗壳自身的特点,仅通过改变蜗壳的形状不可能实现固定导叶进口完美的流动结构,并在这种思想下,讨论了采用不同形状的固定导叶以减小固定导叶进口损失来弥补半蜗壳自身的不足,提高水力效率.还优化了一个五叶片的转轮.最后,在最优工况对全通道进行了数值模拟并预估了性能,对两个转轮在优化后的同一通道下进行了同台对比试验.图20表2参2