灯泡贯流式水轮机全流道压力脉动数值模拟

采用大涡模拟方法对灯泡贯流式水轮机全流道非定常湍流进行数值模拟,分析了额定工况和小流量工况下的压力脉动特征。计算结果表明:额定工况下,导叶前后、转轮出口的压力脉动主频为叶片频率,振幅最大值出现在转轮出口,尾水管内的压力脉动主频为转轮的转动频率,幅值相对较小;小流量工况下转轮出口产生偏心涡带,涡带旋转导致尾水管内产生低频压力脉动,低频压力脉动由尾水管向上游传递,幅值逐渐减小;额定工况下叶片上监测点的压力脉动频率为转轮转动频率的整数倍,幅值较小;小流量工况下,叶片上监测的点压力脉动幅值显著增大,脉动主频与次主频之和约为转轮的转动频率。     

基于全流道非定常流动计算的轴流式水轮机尾水管压力脉动分析

以轴流式水轮机全流道三维非定常湍流数值模拟为基础,对轴流式水轮机尾水管内的非定常流场进行了分析,研究了尾水管内涡带的形态,对尾水管压力脉动的幅值和频率特点进行了分析.结果表明,大流量工况时,在尾水管内形成了一个与转轮旋转方向相反低压涡带,引发了低频压力脉动,这种低频压力脉动是水轮机中压力脉动的主要脉动源之一.     

混流式水轮机涡带工况下两级动静干涉及其压力脉动传播特性分析

本文以某混流式模型水轮机为研究对象,选取一种小流量工况点开展了全三维非定常湍流的数值模拟。研究中,采用全流道建模和滑移网格技术模拟转轮与活动导叶、转轮与尾水管之间的动静干涉作用;详细分析了过流部件内典型位置处的压力脉动特性,并与模型试验的结果进行了比较;探讨了部分负荷工况下,流场中涡带演化过程及两种频率分量的压力脉动沿转轮传播与衰减的规律。     

尾水管水力稳定性受直锥段高度影响的性能预测

本文选取了一个弯肘形尾水管,保持肘管和扩散段尺寸不变,分别增加和减少尾水管直锥段的高度,形成3种高度的原尾水管、深尾水管和浅尾水管.结果表明,在典型部分负荷工况,浅尾水管使转轮出口与直锥段内的回流区增加,尾水管内的二次流强烈,力矩脉动较大,同时尾水管内流态紊乱,能量损失大,不易形成稳定的涡带,因此,尾水管管壁附近压力脉动幅值相对较小,频率成分丰富,但尾水管的回能效果差;深尾水管和原尾水管都表现出偏心涡明显,涡带运动稳定,尾水管压力脉动频率稳定等特点.但深尾水管的压力脉动幅值和对转轮力矩的影响都较原尾水管小.     

混流式水轮机转轮区叶道涡压力脉动数值研究

混流式水轮机在偏离最优工况区运行时,不但在尾水管中有明显的旋转涡带,在转轮区也会有涡束沿着叶片流出,我们称之为叶道涡.随着大型混流式水轮机的广泛应用,叶道涡有可能对机组的稳定运行产生影响.本文利用数值模拟技术对某混流式模型水轮机转轮内压力脉动进行研究.研究表明:转轮区的压力脉动主要是由叶道涡诱发的,叶道涡的频率基本等于转动频率.     

混流式水轮机尾水管涡带及其改善措施研究

尾水管中的偏心回转涡带是引起机组振动的重要原因之一。为了降低尾水管内的压力脉动,对一混流式水轮机进行三维非定常数值模拟,分析水轮机在部分负荷工况下压力脉动的幅值及频率特性。同时对加长泄水锥、0.03Q水力干扰、加长泄水锥与水力干扰共同作用的3种改进方案进行数值模拟,对比分析改进后尾水管的压力脉动特性。研究结果表明:3种改善措施均能有效改善尾水管内的压力脉动。加长泄水锥对降低尾水管直锥管段的压力脉动比较明显,相对于仅添加水力干扰,水力干扰与加长泄水锥方法联合能更有效的改变尾水管内的压力脉动的幅值和频率。3种改进措施均会降低水轮机效率,其中加长泄水锥与水力干扰结合方案的水轮机效率下降最大。     

水轮机主轴中心孔补气

水轮机在偏离最优工况运行时,水流的环量会使尾水管中心产生低压并形成涡带.此涡带引起尾水管压力脉动继而引起机组的振动和噪音.通过主轴中心孔补气,可减小尾水管内的真空度,破坏尾水管内的螺旋形涡带的形成和压力脉动、转轮的汽蚀等,从而保证机组的安全稳定运行.参 1     

混流式水轮机中旋涡流的LES法预测

本文基于N-S方程和大涡模拟(LES)模型,采用贴体坐标和四面体网格系统,用SIMPLE算法求解,对混流式水轮机内部流动进行了三维非定常紊流计算,较准确地预测了一混流式水轮机在各工况下的内部流动,尤其是尾水管和转轮内的旋涡流动。     

混流式水轮机飞逸暂态过程的三维非定常湍流数值模拟

根据加速旋转相对坐标系中雷诺时均的连续性方程和Navier-stokes方程,以及转动系统的动量矩方程,推导了水轮机转轮区域的流动控制方程.采用RNGk-ε湍流模型对基于HL220进行改型的混流式水轮机在9种开度下进行飞逸暂态过程的三维非定常数值模拟,着重对尾水管内的流动进行了分析,得到了尾水管中心投影面压力分布随时间的变化情况,以及水轮机内部各测点的压力脉动.     

三峡水轮机的非定常湍流计算及整机压力脉动分析

本文对三峡原型混流式水轮机进行了三维非定常湍流计算，得到了水轮机的非定常流场，预测了尾水管内、转轮前、活动导叶前、固定导叶前和蜗壳进口的压力脉动。通过与模型试验结果进行比较可以看出，本文提供的计算结果能够准确预测水轮机内的压力脉动。分析结果表明，尾水管内涡带及转轮与活动导叶间的动静干扰是产生压力脉动的两个主要脉动源，并在整个水轮机流道内传播。     

原型水轮机的非定常湍流计算和尾水管压力脉动分析

本文对三陕原型混流式水轮机进行了三维非定常湍流计算，得到了水轮机的非定常流场，预测了尾水管内的压力脉动。通过与模型试验结果进行比较可以看出，本计算能够比较准确地预测尾水管内的压力脉动。本文还根据计算结果分析了尾水管内非定常涡带产生和传播的原理。     

混流式水轮机压力脉动精细模拟和分析

用DES模型模拟了混流式轮机内部流动,并输出了大量的测点数据,通过与试验数据的比较验证了计算结果的可靠性.详细分析了尾水管进口截面的压力脉动的幅值和相位,并对尾水管内的流动做了分析.结果表明,其压力脉动在一侧较大,并非对称分布.数值模拟结果还得到了与试验一致的涡带形状.     

混流式水轮机尾水管压力脉动换算初探

针对混流式水轮机尾水管压力脉动换算问题,本文提出了一种基于零环量单位流量的相对流量和基于叶片出口速度头压力脉动相对幅值来预测原型机尾水管进口压力脉动的方法。首先通过速度三角形进行了理论分析,并以某电站尾水管锥管压力脉动为例,分别在模型水轮机和相似原型机上比较了本文推荐方法与标准推荐方法的优缺点。之后采用该方法对12个电站水轮机模型和相似原型机尾水管压力脉动试验结果进行比较,模型和原型表现很好的相似性。最后在原型机上比较了基于本文方法的预测结果和现场测量结果,两者吻合性较好,证明了该方法的可行性。     

混流式水轮机跨尺度流道内复杂湍流的数值模拟

由于水轮机主流道和密封间隙流道空间尺度相差较大,为同时获得水轮机流道和密封通道内的流动特性以及水封间隙泄漏特性,充分考虑叶道流和间隙流的相互干扰,采用非一致网格界面插值技术以及基于Vreman亚格子模型的全局动态大涡模拟方法,不仅得到主流道内速度、压力以及涡量的分布,同时捕捉到了微通道间隙内的流动特征以及不同间隙宽度对密封渗漏流动特性及顶盖压力分布的影响。计算结果表明,主叶道内的强旋拧涡带,密封间隙内旋涡结构以及尾水涡带都直接影响转轮的动态平衡,流体从间隙进入梳齿空腔后产生很强的旋涡而耗散部分动能,而且不同尺度密封间隙流道内产生的旋涡结构不同,耗散能量差异较大,反映出密封渗漏流量的不同。     

开孔式泄水锥对混流式水轮机尾水涡带影响的研究

本文从模型测试和非定常流动分析两方面研究了开孔式泄水锥对混流式水轮机尾水涡带的影响,通过对比水力效率、涡带型式、压力脉动频谱分析,表明泄水锥开孔对于涡带强度具有一定抑制作用,并能在一定程度上降低压力脉动的能量,达到提高机组稳定性的目的。     

中高比转速转轮内部流态与外特性的关系

为了更有效的发挥流动计算技术在转轮优化,性能预测和新产品设计方面的作用,深入探讨内部流态与外特性间的关系是十分必要的。本文选择具有实测结果的混流式转轮进行了内部流场计算。首先对不同工况下计算的能量特性与试验进行了细致的比较,结果表明,计算预测的转轮流量,效率等与试验曲线在设计工况附近时十分接近,在偏工况计算结果与实测结果虽有差别,但仍能反映转轮的主要特性;在此基础上,重点讨论了转轮内流场与外特性间的联系,分析表明：转轮的最优效率区的位置和形状与进口冲角和出口环量密切相关,即小进口冲角区与小出口环量区的交集形成了水轮机的最优效率区,尾水管的压力脉动与转轮出口环量的大小密切联系,大的转轮出口正环量区对应着强度较大的尾水管的压力脉动,较大的进口负冲角易在叶片正面形成较大旋涡,转轮进口压力脉动可能与进口处该旋涡区的不稳定性有关。