基于N边曲面的混流式转轮叶片精确建模研究北大核心

基于混流式转轮叶片空间扭曲、三维建模难以精确化等特点,本文探索出一种新的、快速的转轮叶片三维精确建模方法。以典型的混流式水轮机X型叶片和λ型叶片为例,详述了基于N边曲面进行叶片三维精确建模的方法。并分析对比了新的建模方法和常用方法的不同,同时对水轮机叶片模型进行表面光顺性分析和斜率分析,为后续的CFD分析及数控加工等提供了精确的三维模型。     

基于N边曲面的混流式转轮叶片精确建模研究

基于混流式转轮叶片空间扭曲、三维建模难以精确化等特点,本文探索出一种新的、快速的转轮叶片三维精确建模方法。以典型的混流式水轮机X型叶片和λ型叶片为例,详述了基于N边曲面进行叶片三维精确建模的方法。并分析对比了新的建模方法和常用方法的不同,同时对水轮机叶片模型进行表面光顺性分析和斜率分析,为后续的CFD分析及数控加工等提供了精确的三维模型。     

基于CFD的长短叶片型水泵水轮机转轮优化设计

为提高水泵水轮机综合效率,提出一种长短叶片型转轮以改善机组运行在发电与抽水两工况下内流特性。以可逆式水泵水轮机作为研究对象,将长短叶片数目与骨线出口边直径比例作为优化目标切入点,借用软件SolidWorks建立不同的水泵水轮机三维模型,并通过CFD数值模拟手段验证优化思路。ICEM软件用于划分各过流域网格,分离涡湍流模型(DES)用于求解内流场,重点研究水轮机工况与水泵工况下可逆机组内流场特性并量化运行参数。研究结果表明:长短叶片转轮相对全长叶片转轮在抗空化性能方面表现出较好的优良性,具体体现在叶片宽口边有回压。6长6短、7长7短、8长8短叶片转轮在水轮机工况下效率分别提高了3.463%、3.198%和1.119%;水泵工况下6长6短和8长8短叶片转轮效率均降低约4个百分点,而7长7短叶片转轮效率提升约4个百分点。此外,长叶片骨线出口边直径与短叶片骨线出口边直径最优比例为2/3。研究成果可为新一代水力机械的设计提供一定的参考。     

超低比转速混流式水轮机不同叶片转轮分析

根据设计参数设计了冷却塔低比转速混流式水轮机。依照水力设计尺寸绘制图纸,利用三维画图软件Pro/EN-GINEER建立三维模型。基于Realizable湍流模型和时均N-S方程,对设计工况下混流式水轮机拥有不同转轮形式但蜗壳、导水机构和尾水管均不更换情况进行了数值模拟。获得了转轮内速度场、压力场的分布情况,并通过计算求得效率,对比分析了水轮机三种转轮全流道的流场分布,发现短叶片转轮在叶片背面靠近出口位置有小部分回流现象,靠近下环地方低压区域要比其他两种转轮的大,而当这个区域的压强减小到一定值时,容易发生空化空蚀。得出在合理的范围内适当增加叶片长度有利于能量的利用,并且使水轮机转轮流速、压力分布更合理,水力性能更好。     

基于UG软件平台的混流式水轮机叶片的三维几何建模

转轮是水轮机能量转换的关键部件,混流式转轮是由一定数量的叶片和具有回转特征的上冠和下环组成。其中,混流式转轮叶片是雕塑曲面体,形状非常复杂。为此,采用NACA Aerofoil数据处理软件,UG建模软件,建立了某混流式水轮机叶片和转轮的三维实体模型。模型与实际情况基本吻合,可供设计研究参考。     

基于CFD的水轮机叶片优化设计研究

以某水电站轴流转桨式水轮机为研究对象,对机组引水管道、蜗壳、固定导叶、活动导叶、水轮机转轮以及尾水管等过流部件进行实际尺寸三维建模,对水轮机进行全流道三维数值模拟,根据模拟计算结果对转轮叶片进行改型设计,并利用CFD以及转轮效率计算,验证了新叶片性能的提升。     

冷却塔能量回收水轮机的叶片数对水力性能的影响

利用PRO/E软件对水轮机进行三维建模,应用k-ε湍流模型和雷诺时均N-S方程对水轮机进行数值模拟,研究了不同叶片数对水轮机各过流部件水力损失、效率以及压强和流速分布的影响。结果表明:随着转轮叶片数的增加,水轮机效率先增大后减小,在叶片数为20时达到峰值。同时,增加叶片数,叶片间的涡带变小,转轮流线旋转环量增大。水轮机各过流部件中转轮损失最大,损失水头在1 m左右。     

直叶H型潮流水轮机三维数值模拟

为了探究直叶H型潮流水轮机水动力性能的影响因素,在理论分析的基础上,应用大型建模软件UG建立了直叶H型潮流水轮机三维模型,基于滑移网格技术采用Fluent软件对水轮机模型进行三维数值模拟,在保持直叶H型潮流水轮机叶片翼型一定、水轮机密实度相同的条件下,通过改变转轮叶片数以及来流速度,分析了潮流水轮机水动力性能。结果表明,叶片数对直叶H型潮流水轮机水动力性能影响很大,叶片数越多,输出扭矩值越小,当叶片数为3、叶尖速比为1.63时,水轮机最高获能系数为31.21%。     

混流式水轮机叶片的三维造型

针对传统混流式水轮机叶片设计较为复杂,且都是利用AutoCAD二维木模图进行表达,在直观表达上存在缺陷等问题,以混流式水轮机叶片的二维木模图为基础,利用Pro/E软件进行叶片的三维实体造型。采用虚拟上冠、确定叶片下缘处尖点及切割叶片的一系列方法,对叶片进行修型,从而可以准确得到混流式水轮机叶片的三维实体造型,为水轮机转轮内流动CFD分析、性能预测等提供了基础。     

水轮机转轮三维粘性流动数值计算

对水轮机转轮内部三维素流计算的基本方法进行了简要介绍,并采用贴体坐标下的有限体积法和K-ε模型,对丰满水电站7号水轮机转轮内部的三维粘性流动进行数值模拟,确定了转轮叶片的切割量,从而对7号水轮机转轮进行割边增容,收到了较好的效果,为老旧水轮机增容改造探索出一条新的道路.     

二维数学模型在泵站上游水动力研究中的应用

泵站上游区域的水动力条件直接关系着泵站的运行状况,因此,为了解决其水动力条件,对一维、二维、三维水动力数学模型及泵站上游不同区域的水动力特性进行了分析,根据分析结果,提出了针对不同区域采用不同类型数学模型的技术方法,并将该方法用于对化子闸泵站上游整体区域水动力特性的研究。在研究过程中,采用了含自由水面的平面二维水动力模型以及简化的二维水动力模型,对泵站前池水流分别进行了水动力特性数值模拟研究,得到了满足工程研究需求、符合物理规律的研究结果。研究结果表明：所提出的技术路线可行有效,实际采用的方法科学合理,研究成果可为类似泵站工程的设计研究提供技术支撑,也可以为其他相关工作提供参考与借鉴。     

阳澄湖通江大型泵站扩建关键技术研究与实践

太湖流域七浦塘拓浚整治工程将苏州重要的饮水水源地阳澄湖与长江联通,而位于入江口的江边水利枢纽工程是阳澄湖通江的主要控制口门。在扩建该大型泵站工程中,必须考虑长江潮涨潮落的水文情势、江边软淤土地质条件、复杂结构紧邻已建枢纽和跨汛期施工等一些问题。为此,对扩建与整治项目的设计和施工的主要关键技术,以及实施效果进行了分析研究。通过优选泵型,优化工程布局和水力衔接条件,软弱地基处理,动水环境泵机安装等措施,保证了扩建工程保质按期完工。     

西部重要湖泊测量中控制系统的解决方法

我国西部部分重要湖泊测量属国家水利前期工作项目,西部地区湖泊众多,多数湖泊位于高海拔地区,因为地处偏远,人迹罕至,交通条件不便,自然环境恶劣,导致大多数湖泊未开展过系统科学的测量工作,湖泊基本情况不清,历史资料空白,不能满足湖泊开发治理、生态环境保护、水资源管理、科学研究等工作需要,因此国务院决定开展此工作。概述了西藏五大湖泊测量中的控制系统解决方法,采用世界IGS跟踪站与湖泊控制网站点进行联测得到精准的控制点的平面坐标,解决了测区无平面坐标引据点的问题;采用基于EGM2008地球重力场模型解算出湖泊控制网站点的高程,解决了测区高程引据点少的问题。控制成果经过了验证,对西部部分重要湖泊测量起到了决定性作用。     

抽引江水与抽排涝水时江都抽水站流量变化

为探究近年来河道水草滋生对泵站流量的影响,基于建站以来江都抽水泵站运行的实测资料,分析了主汛期间4座泵站流量的变化情况。结果表明:①1983年前,抽引江水与抽排涝水时4座泵站流量均不受影响,各站水位流量关系均为稳定的单一线;1987年开始,抽排涝水时间较长时流量总体偏小,抽引江水与抽排涝水时各站的水位流量关系需要分别定线推流。②抽引江水时,水草杂物对4座泵站流量影响的程度基本一致;抽排里下河涝水时,四站临近河口且机组流量最大,流量减小的幅度为4座泵站中最大。③近年来抽引江水运行时间越长,流量减小程度越大,但小于抽排涝水时的影响。研究结果对防汛抗旱、工程安全运用和水资源合理调配具有重要的现实意义。     

基于机载LiDAR数据的输电铁塔建模方法研究

输电线路铁塔建模作为电力设备检测和管理的重要基础,具有巨大的实际应用价值。传统的量测与制作手段存在周期长、人力和财力耗费大的不足。机载LiDAR系统的出现使快速高效的铁塔建模成为可能。提出了一种基于机载LiDAR数据的铁塔建模方法,通过检测电力线对的连接点提取铁塔,建立三维空间格网,并利用二值图像轮廓跟踪的思想跟踪三维线结构,由此完成铁塔建模。实验结果证明,该方法基本达到建模需求,取得了较好效果,只需少量人工修饰便可得到高精度的三维模型。     

基于UG的轴流式水轮机叶片数字建模

轴流式水轮机叶片是复杂雕塑面体，通过对叶片型面特点分析，利用叶片木模图数据，结合三次NURBS曲线造型理论，采用UG中NURBS曲线实体建模方法，对轴流式水轮机叶片进行几何造型，为叶片精密加工提供了数字化模型。并为改善叶片加工效率，提高叶片加工精度和加工质量奠定了基础。     

混流式水轮机内部空化流动数值模拟

为探究不同比例的长短叶片对混流式水轮机内部流场空化特性的影响,基于欧拉-欧拉方法中均匀多相流假设的混合两相流体无滑移模型,采用RNG k~ε湍流模型以及三维时均N-S方程,对各混流式水轮机进行全流道三维定常空化湍流计算,获得了3种不同比例长短叶片对应的混流式水轮机在各空化系数下空泡相的流动特征以及各水轮机对应的σ~η曲线图。计算结果表明,当长短叶片比例为0.47时,水轮机临界空化系数最小,为0.060 8,相比长短叶片比例为0.6时降低了8.82%;当3种水轮机处于同一空化系数下时,该型水轮机效率最高;随着水轮机转轮短叶片的增多,水轮机的空化性能及能量性能得到了明显的提升。研究结果对长短叶片混流式水轮机的设计、优化和改型等具有一定的指导意义。     

水轮机长短叶片转轮三维数值模拟

基于Standard k-ε双方程湍流模型和三维时均N-S方程,进行了混流式水轮机HLA351长短叶片转轮流场的三维湍流数值模拟研究,获得了流道的流速和压强分布.计算结果表明:和常规转轮相比,长短叶片结合的转轮流态较好,流速和压强分布合理,水轮机的全流道CFD分析能够较为准确地预测出水轮机过流部件内的性能参数及内部流场结构.     

适用于独立变桨控制方式的风机气动模型和风模型的研究

建立了一种新的基于叶素理论的适用于独立变桨方式的风机气动模型,并与传统基于风能利用系数经验公式的风机气动模型进行了比较分析.同时基于风剪塔影理论建立了风模型,同新气动模型联合仿真,通过新气动模型的输出仿真结果验证了风剪塔影造成单只叶片的拍击力1P波动,3只叶片合成主轴气动转矩的3P波动.最后通过独立设定桨距角,联合对风模型与新气动模型仿真,验证了新模型对于独立变桨方式的适用性.