水泵水轮机泵工况压力脉动和转轮受力特性

为研究水泵水轮机在泵工况下的内部流态变化对压力脉动和转轮叶片受力的影响,采用 SAS－SST 湍流模型对某一模型水泵水轮机的多个非设计工况进行非定常数值模拟,分析了水轮机 内部流态对导叶与转轮之间无叶区、尾水管内的压力脉动和转轮叶片径向受力的影响。结果表明: 在流量为 40% ～80%设计流量时,导叶区内产生旋转失速,转失速涡团初生于固定导叶进口,并随着流量的降低向活动导叶进口发展,且覆盖区域逐渐增大。旋转失速使压力和过流沿周向不均匀分布, 导致压力脉动和转轮径向受力波动大幅上升。在40%设计流量时,失速涡团发展最为充分,无叶区 压力脉动和转轮受力波动的低频分量幅值最高。旋转失速产生的低频脉动可向尾水管传播,形成的低 频压力脉动幅值约为无叶区低频脉动幅值的10%。当流量低于 40%设计流量时,导叶区旋转失速消失,复杂的涡结构形成的压力脉动低频成分没有周期性。此外,转轮进口的流动分离使尾水管内产生复杂的回流涡结构,导致尾水管内形成频谱丰富的压力脉动; 流量降低使转轮进口回流涡结构的湍动 能增加,导致尾水管内压力脉动幅值大幅上升。小流量工况下,转轮进口的涡结构演变是转轮径向力波动的主要影响因素。     

水泵水轮机泵工况压力脉动和转轮受力特性

为研究水泵水轮机在泵工况下的内部流态变化对压力脉动和转轮叶片受力的影响,采用SAS-SST湍流模型对某一模型水泵水轮机的多个非设计工况进行非定常数值模拟,分析了水轮机内部流态对导叶与转轮之间无叶区、尾水管内的压力脉动和转轮叶片径向受力的影响。结果表明:在流量为40%～80%设计流量时,导叶区内产生旋转失速,转失速涡团初生于固定导叶进口,并随着流量的降低向活动导叶进口发展,且覆盖区域逐渐增大。旋转失速使压力和过流沿周向不均匀分布,导致压力脉动和转轮径向受力波动大幅上升。在40%设计流量时,失速涡团发展最为充分,无叶区压力脉动和转轮受力波动的低频分量幅值最高。旋转失速产生的低频脉动可向尾水管传播,形成的低频压力脉动幅值约为无叶区低频脉动幅值的10%。当流量低于40%设计流量时,导叶区旋转失速消失,复杂的涡结构形成的压力脉动低频成分没有周期性。此外,转轮进口的流动分离使尾水管内产生复杂的回流涡结构,导致尾水管内形成频谱丰富的压力脉动;流量降低使转轮进口回流涡结构的湍动能增加,导致尾水管内压力脉动幅值大幅上升。小流量工况下,转轮进口的涡结构演变是转轮径向力波动的主要影响因素。     

不同压力速度耦合模式下水轮机三维CFD计算对比

为研究在水轮机数值计算中不同的压力与速度耦合模式对水轮机内流场的影响。对作为研究对象的水轮机进行全流道三维建模及CFD计算。分别在流道蜗壳、转轮、尾水管内设置测点,计算在设定工况下不同压力速度耦合的流场及测点压力脉动数据。分析结果表明:PISO与Simple压力速度耦合模式下流场速度场分布相似,压力分布差异巨大,PISO模式下压力脉动为高频,Simple模式下为低频,其中Simple模式计算与实际符合较好。     

基于熵产理论的水轮机尾水管涡带研究

为了研究水泵水轮机部分负荷工况尾水管涡带产生的原因和压力脉动特性,本文以模型水泵水轮机为研究对象,对内部流动进行了全流道三维数值模拟并采用熵产理论进行了分析。计算结果分析表明:数值模拟与实验值吻合较好;固定导叶和蜗壳内的总熵产很小,而转轮和尾水管内较大,在小流量工况叶片压力面产生的流动分离会导致高熵产率分布区域的出现,并且会随着流量的进一步减小而扩大;在部分负荷出现了粗壮型和纤细形两种涡带,均呈现螺旋形,涡带的形成与叶片出口环量偏离零环量有很大关系;涡带的出现会在尾水管内形成漩涡,阻塞尾水管通道,涡带跟随转轮同方向旋转,但是转速更低,因此尾水管出现幅值较大的低频压力脉动。     

长短叶片转轮对低比速混流式机组的性能改善研究

基于计算流体动力学分析理论,对含有常规转轮和长短叶片转轮的混流式水轮机开展全流道数值分析,研究高水头下低比转速混流式水轮机转轮在不同工况下的流动现象,探明转轮加装短叶片对混流式水轮机内部流动状态的影响。在最优工况下,通过对比计算所得的两种转轮内部的流速和压力分布发现:加装短叶片以后转轮叶片吸力面进口附近的涡流得到明显抑制,长叶片的压力负荷得到减弱;增加短叶片后,转轮出口环量减小较为明显,对尾水管流态改善、转轮及机组的能量特性提高有重要作用。研究结果表明,在相同的单位参数下,相比常规叶片转轮,长短叶片转轮改善了转轮进口的入流条件,从而提升了机组的运行稳定性和能量特性,可作为高水头转轮设计的主要方向。     

水轮机的充气压水调相运行

一、水轮机压水调相运行中的跑气原因 1.水轮机在水中旋转时、尾水管内的水流状态水轮机尾水管内的水流状态取决于转轮出口流速及尾水管的水力学条件。各种不同型式的水轮机,其尾水管内的水流状态各不相同;同一台水轮机在各种不同的运行工况时亦使尾水管内的水流呈现各种不同的状态。所以水轮机尾水管内的水流运动状态是一个受多种因素影响的复杂问题。     

基于CFD的HL129转轮改造研究

基于改型优化方法,以某电站混流式水轮机模型机为基础,对HL129转轮进行改造。并建立从蜗壳进口到尾水管出口的全流道计算模型,采用CFD方法对其内部流动进行三维黏性数值计算,以获得水轮机内部流动特性。结果表明:优化后的转轮能够较好改善叶片表面压力分布,提高了低压区的压力值。优化后,尾水管内水力损失减小,流态顺畅,因而能量特性和空化性能都得到了改善。     

基于CFD的大型立式轴流泵反向发电稳定性能分析

为研究南水北调东线某泵站机组反向发电的稳定性,对流道模型进行了正向反向运行最优工况下的全数值模拟,以研究反向发电工况的压力脉动分布规律。在转轮进出口截面径向周向各设置监测点。计算结果表明,反向发电工况下,转轮前后各监测点压力脉动均高于泵工况下各点。反向发电工况下,受流道进出口的影响,转轮出口压力各点的脉动幅值最大,其值约为转轮进口处2倍,从轮毂到轮缘各点压力脉动逐渐增大。水流受转轮转动影响严重,压力脉动主频为叶频,机组的不稳定增加。     

尾水管内水流动力特性分析

尾水管内水流动力特性分析Ｔ．斯托布里Ｓ．迪尼兹主题词尾水管，非均匀流，流速分布，流速观测，水力计算，最优运行，低水头水轮机提高低水头电站水轮机的比转速是竞争日益激烈的水轮机设计先决条件，这涉及到尾水管进口、转轮出口流速增大的问题。减小水轮机尺寸将引起...     

混流式水轮机内三维定常湍流数值研究

基于 k-ε紊流模型和三维时均N-S方程,进行了混流式水轮机全流道的三维定常湍流计算.捕捉到了水轮机过流部件内的流场和非最优工况下转轮通道及尾水管内的旋涡结构与演化特征等流动信息.结果表明,水轮机的全通道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,所得到的结果对进行水轮机的水力设计或改型优化设计等研究具有重要的指导意义.     

在水力设计中提高水轮机稳定性的几点措施

从水力设计的角度出发，结合CFD技术的具体应用，分析讨论了混流式水轮机转轮压力脉动与转轮出口环量、尾水管中的流速分布、转轮泄水锥及导叶等之间的关系，提出了减轻压力脉动的具体措施，并对利用水力设计来预测转轮压力脉动进行了一些探索。     

基于CFD的混流式水轮机全流道三维数值模拟

基于CFD计算软件，以N—S方程为控制方程，采用Sparlan—Allmaras湍流模型和结构化网格，对蜗壳、固定导叶、活动导叶、转轮及尾水管等过流部件进行了全过流部件的三维数值模拟。利用NUMECA自带后处理模块．通过流场分析原转轮流道内速度矢量分布和静态压力分布。解释了设计中不足及由此产生的过流能力差和效率低等问题。据此在不改变其他过流部件的前提下．提出了对转轮进行了改造的措施，经证明取得良好的效果。     

水泵水轮机甩负荷过渡过程中的压力脉动和转轮受力

水泵水轮机甩负荷过渡过程中,压力脉动和转轮受力剧烈变化,导致事故频发。本文采用动网格技术对某模型水泵水轮机的甩负荷过渡过程进行全流道三维数值模拟,分析了水轮机压力脉动和转轮受力变化特性及其演变的内流机理。结果表明:甩负荷过渡过程中,转轮进口回流的出现和发展显著增加了无叶区内流体的湍动能,使导叶与转轮之间的动静干涉明显增强,导致压力脉动幅值急剧上升,其最大值达到初始阶段的5倍以上;与此同时,转轮进口局部产生的回流使无叶区内的湍动能和压力脉动强度在高度方向不均匀分布;此外,转轮进口回流发展使叶道内流态分布失衡,产生低频旋转失速,导致转轮叶片所受力矩和径向力的波动幅值快速上升,最大波动幅值分别达到初始阶段的10倍和60倍,而尾水管涡带对其的影响处于次要地位。     

NUMERICAL SIMULATION AND ANALYSIS OF PRESSURE PULSATION IN FRANCIS HYDRAULIC TURBINE WITH AIR ADMISSION

In this article, the three-dimensional unsteady multiphase flow is simulated in the whole passage of Francis hydraulic turbine. The pressure pulsation is predicted and compared with experimental data at positions in the draft tube, in front of runner, guide vanes and at the inlet of the spiral case. The relationship between pressure pulsation in the whole passage and air admission is analyzed. The computational results show: air admission from spindle hole decreases the pressure difference in the horizontal section of draft tube, which in turn decreases the amplitude of low-frequency pressure pulsation in the draft tube; the rotor-stator interaction between the air inlet and the runner increases the blade-frequency pressure pulsation in front of the runner.     

ANALYSIS AND ESTIMATION OF HYDRAULIC STABILITY OF FRANCIS HYDRO TURBINE

With the development of large-capacity hydro turbines, the hydraulic instability of hydro turbines has become one of the most important problems that affect the stable operation of the hydro-electric units. The hydraulic vibration and unstable operation of Francis hydro turbines are primarily caused by the unsteady pressure pulsations inside draft tubes. The forced rotating vortex core at the runner exit and the channel vortices inside Francis turbine runners are origins of the unsteady pressure pulsations when operating at partial load. This paper briefly analyzes the hydraulic instability of operation caused by the vortex core and channel vortices at partial load, then, presents a way to estimate the hydraulic stability by calculation of the flow behavior at the runner exit. The validity of estimation is examined by comparison with experimental data. This will be helpful to evaluate the alternative design and predict the hydraulic stability for both the prototype and model hydro turbines.