基于CFD的不同曲率导叶对水轮机内流场影响分析

水轮机导水机构的构造对水轮机运行状态具有重要的影响,针对不同的机组选择合适的导叶翼型是水轮机设计中不可缺少的步骤。在以往的设计中,利用经验和模型试验的方式确定活动导叶的形式具有一定的弊端。建立HL160模型水轮机全流道模型,并利用有限元分析软件,分别针对正曲率导叶和对称导叶进行了流体动力学计算与分析,并进行了导叶的应变分析。分析得出,该水轮机在最优工况下且使用对称导叶的情况下,流场稳定性优于使用正曲率导叶。实验结果证明,利用有限元分析方法可以方便地获取不同导叶翼型对水轮机内流场的影响,从而选择出合适的导叶翼型,提高水轮机的工作效率与稳定性。     

喷涂技术在水轮机导叶抗磨蚀破坏中的应用

对水轮机导叶磨蚀破坏的程度和磨蚀区域进行综合分析，设计出合理的高速火焰喷涂方 案，确定喷涂工艺，对水轮机导叶进行抗磨蚀喷涂应用。在刘家峡水电厂和葛洲坝水电站水轮机组导叶中的应用表明，高速火焰喷涂技术对水轮机的磨蚀破坏防护作用显著。      

基于UG的水轮发电机组活动导叶内部流场模型的构建

对混流式水轮发电机组中的重要过流部件．活动导叶进行内部流场建模。结合导叶相关参数绘制出了导叶翼型，通过调整导水部件的特征参数建立了在允许最大开度α0max下，进口角αj=45°的活动导叶内部流场平面模型。最后，基于UG的自由曲面造型功能，构建了活动导叶的内部流场三维实体模型，为后续内部流场动力特性分析奠定了良好的基础。     

运西水电站竖井贯流式水轮机性能优化

采用雷诺时均方程(RANS),选择S-A湍流模型,运用SIMPLEC算法,利用CFD数值模拟技术,数值模拟了不同方案的运西水电站水轮机流道内流场,分析了转轮直径、叶片翼型、叶片个数、叶片安放角、转轮轮毂、转轮转速、导叶翼型、导叶轴线与机组中心线夹角、导叶个数、叶片及导叶安装位置、导叶开度对水轮机性能的影响,叶片数为3时水轮机装置性能较优,机组最高效率点分别在转速为187.5r/min、导叶个数为15时出现。对原有流道可改变部件做适当优化后,将优化后的转轮应用于电站进行数值计算,根据全流道的数值模拟结果,预测电站改造后机组的水力性能。根据数值计算的结果制作模型水轮机和真机进行模型试验和真机测试。结果表明,数值模拟结果与模型实验以及现场运行结果曲线的变化趋势一致,数值模拟结果基本能够准确反映电站的外特性和内部流场特征。     

基于欧拉固液两相流模型的混流式水轮机导水机构磨蚀损伤研究

为保障水轮机发电机组的安全运行,对水轮机活动导叶磨蚀损伤机理进行研究。基于欧拉固液两相流模型对水轮机活动导叶内部的固液两相紊流进行数值模拟,对磨损情况进行了分析,提出了导水机构的磨损预估及相应的修复建议。所得结论可供相关研究人员参考。     

低扬程灯泡贯流泵水力特性及内部流场数值模拟

为了更加深入地研究灯泡贯流泵及其后置导叶的水力性能,采用CFD方法,借助于RNG k-ε湍流模型,应用SIMPLIEC算法,对灯泡贯流泵装置全流道进行了数值模拟,分析了其在4种特殊流量工况点下机组后置导叶的流动特性,研究了灯泡贯流泵的内部流动特征。结果表明:在最优工况点时,泵装置的内部流态较好,水流平直顺畅,导叶的导流作用最好;在小流量工况下,泵叶轮进口处出现了大范围的回流、漩涡区,叶轮出口处出水流的流态紊乱,相邻叶片翼型周围有明显的回流区,后置导叶翼型周围的流态紊乱,存在大范围的不良流态区域;在大流量工况下,叶片周围流态较好,出水流态内的回流区较少,但导叶周围的流态较差。可见,后置导叶对叶轮出口处水流的导流作用明显,偏离最优工况时,导叶区的水力损失较大。     

鲁地拉电站座环固定导叶疲劳断裂分析

座环固定导叶在水轮机中起到引导水流的作用,同时也是重要的受力部件,因此固定导叶的翼型设计除了满足水力性能的要求,还要满足强度的要求。鲁地拉电站各台水轮机经过运行一段时间后,座环固定导叶都出现了疲劳断裂的问题,严重影响了机组的安全稳定运行。从强度和水力两方面深入分析,得出了座环固定导叶疲劳断裂的原因,为鲁地拉水电站座环固定导叶的缺陷处理提供了依据。     

万家寨水电站活动导叶立面密封改造

万家寨水电站水轮机组在高速高含沙水流长期冲刷作用下,活动导叶的刚性立面密封面磨损汽蚀严重,造成导叶漏水量加大,导致机组出现"潜动"问题。在分析导叶密封失效原因和总结传统堆焊打磨修复处理方式缺陷的基础上,提出了活动导叶立面密封技术改造方案,首次采用黄河水利科学研究院自主研发的钢塑复合聚氨酯导叶密封板,对1#和4#机组进行技术改造,对改造的技术细节和中间安装过程进行了精确控制和严格质量把关。经过两个汛期运行检验表明:活动导叶立面密封技术改造提高了导叶全关状态下的密封性能,可以有效抗磨和抑制漏水,解决了活动导叶密封失效的问题。     

基于遗传算法的平面叶栅多目标优化设计

本文提出了一个基于小生境遗传算法的平面叶栅多目标优化设计方法。该方法利用奇点分布法设计无厚翼型初始骨线，在最大厚度一定的条件下，采用NACA—0012型空气动力翼型的厚度分布规律对已知骨线进行加厚得到翼型，从而得到平面叶栅。然后以平面叶栅表面边界层中的流动损失最小和翼型气蚀系数最低为多目标，用距离法构造二者统一的目标函数，利用遗传算法来搜索最佳的骨线形状。已知叶栅的流场分析由一个基于边界元的程序完成。假定总损失与叶栅表面边界层中的流动损失成正比，该损失可通过积分法计算叶栅边界层得到。将该方法应用于ZZ400叶栅的设计，结果显示可以得到较满意的解。     

混流式转轮近下环区域展开叶栅的能量和汽蚀特性研究

本文针对枯溪水电站，将转轮（ＨＬ２２０－ＬＪ－４１０）近下环穿过典型汽蚀区的圆柱近似流面展开为直列叶栅进行水洞叶栅实验研究，并采用面元法进行叶栅流场理论计算后优选了近下环的叶栅翼型，从而改善ＨＬ２２０转轮近环区域的能量和汽蚀特性，并列出了３组叶栅的实验和理论计算结果。     

大型水电站福伊特水轮机模型试验研究

为了检验某大型水电站水轮机的水力特性,进行了水轮机福伊特模型验收试验,包括尺寸检查、效率试验、出力试验、飞逸试验、空化试验、蜗壳差压试验、压力脉动试验、导叶水力矩试验、轴向水推力试验、筒阀下拉力试验等内容。试验结果表明：模型水轮机及换算得到的原型的效率、出力、空化、压力脉动、飞逸、轴向水推力、导叶水力矩、筒阀压力等性能指标均满足合同技术要求。     

不同导叶参数对混流泵水力性能的影响

为探求不同导叶参数对混流泵水力性能的影响,以比转速为438的模型泵为研究对象,在模型试验验证的基础上,采用计算流体动力学方法,以常规导叶设计为基础,在保持其他参数不变的情况下,分别数值模拟计算了4种不同导叶叶片数方案和7种不同导叶片扫掠角度方案的混流泵段水力性能。数值模拟结果表明:改变导叶叶片数对混流泵段外特性影响明显,不同流量下存在不同的最优叶片数,小流量工况运行时,应适当增加叶片数,大流量工况运行时,应适当减少叶片数;不同导叶片扫掠角度对大流量区域影响显著,不同流量存在不同的最优导叶片扫掠角度且随着流量的增大从-16°逐渐偏向+24°;在流量为510 L/s时,计算扫掠角度范围内对效率的影响达5.5%。     

水轮机固定导叶和活动导叶后的卡门涡频率研究

本文对水轮机固定导叶和活动导叶后卡门涡进行了系统的研究。研究中使用非结构化网格对流动区域进行离散,这种方法保证了计算网格形态良好,从而提高了计算精度。在对影响卡门涡频率敏感的分离位置计算中,使用了差分方法进行紊流边界层计算,确定分离位置。通过卡门涡频率预估模型对岩滩水电站水轮机固定导叶和活动导叶后的卡门涡频率进行了汁算,计算结果与实测结果一致。本文建立的水轮机固定导叶和活动导叶后卡门涡频率预估模型,可在设计阶段进行叶片绕流卡门涡频率的预估。     

基于熵产理论的水泵水轮机反S区水力损失机理分析

水泵水轮机在水轮机工况运行时易进入反S不稳定区,影响机组的安全稳定运行。传统压差法在计算水力损失时不能获得损失的具体分布和详细来源,因此水泵水轮机在反S区水力损失机理仍有待深入研究。本文采用雷诺时均方法对某原型抽蓄电站水泵水轮机在活动导叶开度分别为12°和35°下的反S区运行工况进行了数值模拟,基于熵产理论对各个过流部件和不同类型的水力损失进行了定量分析,并结合流场分布情况进一步明确了水力损失的分布特点和产生原因。结果表明,水泵水轮机进入反S区会引起导叶段水力损失占总水力损失的比例逐渐增大,而转轮段水力损失逐渐减小。在不同类型的能量损失中,湍流熵产占据主导,壁面熵产次之,直接熵产最小。随着水泵水轮机进入深度反S区,转轮区湍流熵产损失较大区域从转轮进口的叶片压力面转移到转轮出口叶片吸力面。水泵水轮机位于反S区时,转轮对水流做功输入能量,使无叶区总压大幅上升,活动导叶开度增大会显著增大无叶区水流能量幅值。     

小浪底反调节电站8号机组导叶分段关闭装置改造

小浪底反调节电站导叶分段关闭采用分体式、纯机械式分段关闭装置,采用导叶两段关闭形式,解决了水击压力过大与机组转速下降过慢的矛盾.但在机组实际运行过程中发现存在一些问题,通过对导叶分段关闭装置进行改造,增加一套电气液控换向阀,并对电气控制进行相应优化,提高了导叶分段关闭装置的动作可靠性.     

NUMERICAL SIMULATION AND EXPERIMENTAL INVESTIGATION OF THE GUIDE-VANE FLOW AND THE INFLUENCE FROM THE LEAKAGE FLOW

1 .　ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＩｔｉｓｗｅｌｌｋｎｏｗｎｔｈａｔｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｈｙ ｄｒａｕｌｉｃｔｕｒｂｉｎｅｉｓｆｏｒｔｈｅｂｅｓｔｈｙｄｒａｕｌｉｃｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙａｎｄｓｔａｂｉｌｉｔｙｉｎｏｐｅｒａｔｉｏｎ .Ｔｈｅｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｈｙ ｄｒａｕｌｉｃｔｕｒｂｉｎｅａｎｄｉｔｓ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｃａｖｉｔａｔｉｏｎｅｒｏｓｉｏｎａｒｅｃｌｏｓｅｌｙｒｅｌａｔｅｄｔｏｔｈｅｆｌｕｉｄｆｌｏｗｉｎｔｕｒ ｂｉｎｅｃａｓｉｎｇ ,ｓｔａｙｖａｎｅａｎｄｇｕｉｄｅ…     

三峡水轮机全流道三维流动数值模拟研究

本文使用商业CFD软件FLUENT,开发了部分接口程序,进行了全流道原型水轮机三维湍流数值模拟研究,计算对象是中国水利水电科学研究院机电研究所为三峡右岸开发的水轮机模型,该水力模型有完整的模型试验资料,可用于检验计算结果。水轮机全流道三维湍流数值模拟,计算区域为包括蜗壳、固定导叶、活动导叶、转轮和尾水管的全部流道。模拟中控制方程采用了三维时均N—S方程、湍流模型采用两方程RNG k-ε模型,数值方法采用贴体坐标的有限体积法。共进行了3个开度条件下的计算,每个开度各进行4个典型工况的三维湍流流场模拟,通过数值方法求解控制方程,获得了全流道的流速和压力分布。计算结果表明流速和压力分布合理,数值计算得到的效率与试验得到的效率进行比较,结果吻合良好。     

水轮机流道非恒定流对过机鱼体影响研究

基于鱼类借助水轮机流道下行过坝时成活率较低的背景,在利用视频分析技术捕捉草鱼幼鱼通过模型轴流式水轮机下行典型路径的基础上,结合CFD数值模拟技术对水轮机流道非恒定流对过机鱼体的影响进行深入研究。结果表明,水轮机过渡过程中导叶关闭时间与过机鱼体的损伤概率有一定的相关性。随着水轮机导叶关闭时间的延长,鱼体通过水轮机下行的受压力损伤概率降低,但受压力梯度损伤的概率增加。综合比较压力及压力梯度对过机鱼体的损伤影响,表明:导叶关闭时间延长会增加对过机鱼体造成损伤的概率。因此,对于水轮机流道有过鱼需求的水电站,在不影响稳定运行的条件下,为保护鱼体安全过机,应适当降低导叶关闭时间。研究结论可对减小过机鱼体损伤概率的水轮机优化运行提供一定参考。