超低水头竖井贯流式水轮机模型试验

为研究超低水头下竖井贯流式水轮机的能量特性和空化特性,对一种额定水头为2.10 m的超低水头竖井贯流式水轮机进行模型试验。基于河海大学水力机械多功能试验台,采用压差传感器、电磁流量计、扭矩仪等仪器对不同导叶开度、不同叶片安放角下GD-WS-35型水轮机的水头、流量和扭矩等参数进行测试,并绘制了水轮机模型综合特性曲线。试验结果表明:当叶片安放角为23°,导叶开度为65°时,在额定水头2.10 m条件下,模型水轮机的流量为0.398 m3/s,效率为83.34%,出力为6.838kW,对应原型水轮机的流量为9.96m3/s,效率为85.14%,出力为174.7 kW,水轮机具有良好的能量特性;当叶片安放角为23°,导叶开度为65°时,水轮机具有良好的空化性能。     

超低水头竖井贯流式水轮机三维湍流数值模拟

针对竖井贯流式水轮机导叶叶片数对其性能的影响,结合淮安市古黄河水利枢纽工程水轮机模型试验,在一定导叶开度下,对不同导叶数的竖井贯流式水轮机进行了基于CFD的数值模拟,并获得了设计点工况下配置不同导叶数量时水轮机的水力性能。将不同方案在水头损失以及流道和转轮效率上进行了对比。结果表明：随着导叶数的增加,流道效率和转轮效率逐渐提高,水头损失随之减小。通过分析贯流式水轮机内流场并结合外特性计算结果,最终确定了最佳导叶数方案;数值模拟得到的效率与试验数据的平均误差相当小,证明了数值模拟的准确性。该方法可以为超低水头竖井贯流式水轮机设计及其水力性能优化提供参考。     

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。     

基于流固耦合的低水头混流式水轮机转轮叶片静力分析

依据西南某低水头水电站混流式水轮发电机组增效扩容改造项目,对新水轮机转轮进行数值模拟,采用单向流固耦合方法,研究转轮叶片在拟定水头下,导叶开度从17°~33°运行工况时的静力特性。结果表明在不同工况下该转轮叶片最大静应力与开度关系变化趋势基本一致。     

长短叶片混流式水轮机三维非定常流数值模拟

为探究长短叶片混流式水轮机在不同导叶开度下运行时内部水流流动的特点,基于流场数值模拟的计算方法对长短叶片混流式水轮机进行了全流道三维非定常湍流计算。结果表明,在不同开度下,转轮与导叶交界面处压力脉动主频皆为转轮转频与叶片数的乘积,且在小流量工况下主频振幅最大。当水轮机在小流量工况下运行时,尾水管涡带呈螺旋形,且绕转轮转轴顺时针旋转,与转轮旋转方向相同;当水轮机在额定工况下运行时,尾水管无涡带产生;当水轮机在大流量工况下运行时,尾水管涡带呈细长的圆锥形。     

低比转速水泵水轮机"S"区特性数值模拟

水轮机低水头启动困难问题在目前己投入运行的混流式水泵水轮机组中有较多出现,是抽水蓄能技术研究需要解决的关键问题.采用SST k-ω模型对不同导叶开度下的小流量水轮机工况进行数值计算,在数值计算基础上获得了水泵水轮机"S"区特性单位转速与单位流量的关系曲线,并将"S"特性曲线计算结果与试验结果做了对比分析,提出了影响水泵水轮机"S"特性的转动域流动特征.     

导叶进口安放角对轴流泵性能的影响

为了探究导叶进口安放角对轴流泵性能的影响,采用CFD三维流动数值模拟技术对泵段模型进行分析,对其水力特性和内部流态进行研究,并与模型试验结果比对。结果表明,导叶进口安放角的变化只对导叶和出水部件有影响;在导叶进口安放角依次增加5°的三种模拟方案中,方案2在流量为355 L/s时泵段的综合性能最好,其泵段最高效率为87.0%。方案1的导叶进口安放角高效区向小流量偏移,高效区范围较小,流量向非设计工况变化时效率下降较快;方案3的导叶进口安放角高效区向大流量偏移,高效区范围较大,流量向非设计工况变化时效率下降较慢。在实际运行中,适当增大导叶进口安放角可以提高轴流泵在大流量工况下的效率,但同时应防止导叶进口安放角太小导致水泵高效区范围太小。     

不同导叶开度下混流式水轮机尾水管内部流动及压力脉动分析

为探究活动导叶开度对混流式水轮机尾水管内部流动及压力脉动的影响,通过建立西南某电站混流式水轮机三维全流道模型进行定常和非定常条件的数值模拟,研究混流式水轮机在额定水头不同导叶开度下的尾水管流动特性及压力脉动。结果表明：随着导叶开度的增加,尾水管直锥段出现明显的交替旋涡并引起尾水管低频压力脉动,尾水管内压力及速度分布的均匀性逐渐变差,尾水管弯肘段监测点压力脉动主频幅值先增大后减小。尾水管涡带是引起尾水管产生低频高幅特征压力脉动的原因。     

低水头混流式水轮机振动噪声的原因分析及研究

西南某低水头电站,水轮机在额定水头额定出力下运行良好,但在高于额定水头及满负荷、超负荷区域,机组出现强烈振动及噪声。经分析认为,振动工况特征点位于转轮运转特性曲线上的叶道涡区域内,CFD数值模拟也表明,在高水头满负荷、超负荷运行区内,转轮叶片间存在不稳定涡流,则该电站水轮机在高水头高负荷下的振动及噪声是由叶道涡引起的。     

混流式水轮机低水头工况流动特性探究

为研究混流式水轮机在低水头工况下内部空化流动特性,采用ANSYS CFX软件,基于SST k-ω湍流模型和Rayleigh-Plesset空化模型对某混流式水轮机在70m低水头条件下的3种不同导叶开度工况进行数值模拟分析。结果表明:随着开度增大,负压区域面积逐渐减小,同时,最大开度下转轮叶片压力面进口边附近出现明显的低压带;随着开度增大,涡带形态由不稳定的螺旋涡带转变为沿尾水管轴心线分布的稳定涡柱;叶片吸力面气相分布主要集中在下环靠出水边处,且气泡分布面积随开度增大而增大。     

低比转速高效贯流泵模型优化设计与试验研究

为深入研究后置灯泡贯流泵装置的性能,采用CFD数值模拟技术,对贯流泵叶轮和导叶体进行了优化设计,对叶片翼型、个数、厚度,导叶片的数量,距转轮出口距离对水泵性能的影响等进行了分析,且在分析过程中突破了传统贯流泵的运行范围,从而得到了低比转速高效贯流泵的水力模型。该模型的设计流量为0. 344 m~3/s,扬程为8. 22 m,比转速为630,装置效率最高为83. 45%。对得到的水力模型进行了模型试验验证,验证结果表明,数值模拟和模型试验性能曲线的变化规律一致,两者结果较为吻合。研究成果可为今后低比转速高扬程贯流式泵站工程的规划设计提供选型参考。     

影响轴流转桨式水轮机过鱼能力的关键运行参数

为减小鱼类在水轮机流道内遭受损伤的概率,提高水轮机过鱼能力,在明确鱼类通过水轮机流道遭受损伤的机理的基础上,结合流道三维水动力分布特性和过机鱼类水动力损伤阈值,构建水轮机流道水动力过鱼能力评价方法.以长江四大家鱼幼鱼通过葛洲坝水电站ZZ500型水轮机流道下行为研究实例,探讨影响轴流转桨式水轮机过鱼能力的关键运行参数.结...     

贯流式水轮机内部压强变化对鱼体损伤分析研究

鱼类在通过贯流式水轮机流道时会遭遇撞击、压强变化等引发的损伤。本文基于试验和CFD分析方法探究了不同工况下贯流式水轮机全流道压强变化对鱼的损伤机理及阈值。通过试验实现鱼经过水轮机过程中压强变化情况的高精度仿真,研究鱼类在贯流式水轮机内部受压强及压强梯度的影响。试验结果表明:正压状态下加压至最大压强0.68 MPa时,对鱼损伤不明显;随着压强阈值的降低,受损伤和死亡的试验鱼越多,负压状态下降压至压强-0.015 MPa时,鱼类受到损伤,下降至-0.075 MPa时,鱼类全部死亡。通过数值计算分析得出:相对压强小于-15 kPa的区域主要位于叶片背面靠近进口边的位置,且当贯流式水轮机在不同导叶开度下运行时,相对压强小于-15 kPa的区域随着流量的增加呈增多趋势,鱼类遭受压强损伤概率随着流量的升高呈增大趋势。当水轮机在最小水头的大流量工况时,鱼类遭受压强损伤概率达到了最大值6.45%。鱼类遭受压强梯度损伤概率随着流量的升高呈先增大后减小趋势。当水轮机在最大水头的导叶开度为60 mm时,鱼类遭受压强梯度损伤概率达到了最大值4.61%。     

双向潜水贯流泵装置内流及水力性能分析

为明晰双向运行时潜水贯流泵装置的内流特征及水力性能,采用数值模拟技术对双向潜水贯流泵装置进 行全流道计算,通过模型试验验证数值计算的有效性。结果表明：在叶轮的叶片安放角 0°、双侧可调导叶的叶片 调节角 0°且灯泡体位于内河侧时,泵装置在排涝工况时最高效率为 59.29%,引水工况时泵装置最高效率为 58.41%;双向运行各流量工况时,叶轮进水侧的过流结构内部流线均平顺流态较好,叶轮出流侧的过流结构内部 流态相对紊乱;在双向运行时,直管式流道的出口面轴向速度分布均匀度均大于 92%,速度加权平均角均大于 89°, 直管式进水流道为叶轮提供良好的入流速度分布;在高效工况时,泵装置出水流道进口的偏流角均低于导叶体出 口;叶轮所受的轴向力均随着流量的增大而减小。研究成果为双向潜水贯流泵装置的结构优化提供了一定的参 考价值。     

基于结构化网格的风力提水机叶片三维数值分析及试验研究

采用FLUENT软件对设计的具有航空翼型的带扭转角的风力提水机叶片进行了结构化网格数值模拟分析。计算结果表明,所设计的低实度风轮风力提水机能在2.8 m/s的轻风下起动,叶片三维流动特性良好。在额定工况下叶片气流未出现明显分离现象,最大风能利用系数可达0.43,较传统的风力提水机的风能利用率提高22.8%。最后通过小型开口低速风洞的叶片物理模型试验进一步验证了数值模拟的可靠性。     

混流式水轮机叶片强度计算及其应力特性改善

近年来，国内外一系列大型混流式水轮发电机组频繁发生转轮叶片的疲劳裂纹问题，对电站机组的安全稳定运行构成了严重威胁。本文以一混流式水轮机为研究对象，通过混流式水轮机全流道CFD计算及基于顺序流固耦合的转轮结构应力场计算，分析该转轮产生疲劳裂纹的原因；其次通过在叶片出水边和上冠连接处加应力释放三角块来降低叶片最大有效应力值和改善叶片应力分布。结果表明应力释放三角块可以明显降低叶片最大有效应力和改善叶片应力分布。本文计算结果可为其它水轮机转轮的转轮疲劳裂纹分析及应力特性改善提供参考。     

不同湍流模型在水泵水轮机内的适用性比较

随着抽水蓄能电站的兴建,水泵水轮机得到了广泛的应用。为了更加合理的探究水泵水轮机在不同工况下的水流运动状况,分别采用标准k-ε、RNG k-ε、SST k-ω及标准k-ω四种湍流模型进行数值模拟计算,主要对水泵水轮机在水泵工况下导叶开度为16 mm的运行工况进行全特性分析。通过对水泵水轮机进行扬程、效率、轴功率等计算,最后与实际测试数据进行分析比较,得出各湍流模型的适用性结论。结果表明:标准SST k-ω模型不适用于水泵工况的计算,RNG k-ε模型最适合于所选水泵水轮机水泵工况下内部流场的模拟计算与性能评估。     

峡江水电站大型灯泡贯流式水轮机技术

介绍了峡江水电站的水轮机参数、水力设计及模型试验和结构设计特点。在水力设计方面,采用最先进的CFD计算软件,对过流部件进行优化,特别是转轮叶片,改进叶片进口头部的脱流,提高大流量区的效率及低水头的出力,并通过模型试验进行了验证。为了保证机组整体结构安全性,进行了大量的计算,包括对重要部件进行有限元分析。转轮采用缸动式结构,转轮室叶片转角范围内采用整体不锈钢板模压,并对筋板进行加强。主轴密封采用了可靠的盘根径向密封。导水机构采用弹簧连杆结构,单作用接力器,在重锤重力作用下关机,保证机组的安全性。