贯流式水轮机压力脉动特性及尾水管流态分析

本文以福建高唐水电站灯泡贯流式水轮机真机为研究对象,对贯流式水轮机满负荷工况、额定工况和低负荷工况进行了三维非定常数值模拟,各工况导、桨叶均为各自对应的最优协联角度,来分别研究三种工况压力脉动特性和尾水管的流动情况.结果表明,灯泡贯流式水轮机在导叶进口、转轮进口和尾水管进口压力脉动主要是受叶片通过频率影响,即由转轮旋转所引起的,而在尾水管出口主要受低频压力脉动的影响.同时,满负荷工况时,脉动幅值最小,尾水管流线相对分布均匀,形成的涡量最少,额定工况至低负荷工况,幅值越来越大,尾水管流线也越来越紊乱,漩涡数量明显增加.     

贯流式水轮机流动特性及压力脉动特性研究

基于STAR CCM+软件,对贯流式水轮机全流道进行三维非定常数值模拟,研究不同水头工况下贯流式水轮机的内部流动特性及压力脉动特性.结果 表明,贯流式水轮机内部压力脉动主要受到叶片通过频率(10 Hz)和低频压力脉动的影响,在转轮进口和无叶区处,水轮机压力脉动主要由转轮旋转引起,在尾水管进口处,压力脉动既有低频压力脉动...     

超低水头两叶片灯泡贯流式水轮机流动特性数值模拟研究

鉴于大力开发超低水头(H＜5 m)水力资源能有效缓解我国能源短缺的问题,基于ANSYS Workbench平台,对两叶片灯泡贯流式机组进行最小水头、额定水头及最大水头下的数值模拟计算.结果 表明,在最大水头下,转轮叶片和尾水管极易发生空蚀破坏;导叶与转轮、转轮与尾水管间的动静干涉是造成流道内压力脉动的主要原因,而尾水管...     

基于流速仪法的灯泡贯流式水轮机绝对流量测试方法

根据灯泡贯流式水轮机的布置特点,分析了流速仪法测流的断面选择、测点布置和积分方法,进而在一原型水轮机上开展了绝对流量测试,获得了测量断面的流速分布,积分得出较可靠的绝对流量数据,并利用实测的绝对流量数据对压差测流系数进行校正。根据测试结果,讨论了流速仪法在灯泡贯流式水轮机绝对流量测试中的局限性,针对影响测量准确性的若干因素,提出了可行的改进措施。实践表明,流速仪法是开展灯泡贯流式水轮机绝对流量测试与研究的可行方法,值得行业内借鉴推广。     

偏工况下贯流式水轮机叶顶间隙内部流动分析

为研究偏工况下贯流式水轮机叶顶间隙内部流动特征,以某水电站实际运行的水轮机为研究对象,基于SSTk-ω湍流模型,研究水轮机在流量为308.538 m3/s,间隙值为10 mm时叶顶间隙内部流场的压力和速度矢量分布以及叶顶间隙内的轴向速度和湍动能分布特性.研究结果表明:在工况3条件下,间隙为10 mm时,在叶片工作面和背...     

导叶不同开度下抽水蓄能机组水轮机工况内流特性分析

为了解抽蓄机组水轮机工况下活动导叶不同开度下的内流特性,以某抽水蓄能电站水泵水轮机为研究对象,基于SST k-ω湍流模型,进行活动导叶不同开度下全流道三维非定常数值模拟和分析,探讨活动导叶开度对过流部件内部流场的影响.结果表明:随着导叶开度的增加,水泵水轮机的流量增大,转轮力矩增大但增幅降低,效率先增大后降低.蜗壳整体上的压力沿周向分布比较均匀,从蜗壳进口到蜗壳出口均匀降低,水力损失较小;固定导叶形状及安放角与活动导叶搭配影响较大,小开度和大开度工况下活动导叶和固定导叶进口处水力损失大;压力变化线与进出口是否平行影响转轮内部流态,中开度转轮叶片做功最好;小开度工况下易产生偏心涡带,降低机组效率,不利于尾水管能量的回收,中开度工况下尾水管流态最好.研究结论对抽水蓄能机组运行提供了理论参考.     

负倾角水泵水轮机转轮水轮机工况压力脉动特性研究

为了系统地研究负倾角转轮机组在额定出力工况及50%出力工况下机组不同位置的压力脉动特性,以某抽水蓄能电站负倾角转轮为基础,通过三维建模软件UX建立全流道计算域,然后采用ANSYS ICEM和TURBOGrid划分全流道结构网格;并采用ANSYS CFX进行数值模拟得到各压力监测点压力脉动信号。计算结果表明,在两种工况下,机组压力脉动主频均为叶片倍频;负倾角转轮机组压力脉动振幅沿负z方向明显升高;机组压力脉动振幅随流动方向先升高后降低,在无叶区位置达到最大值。     

某电站灯泡贯流式水轮机转轮优化研究

某电站水轮机转轮由于叶片应力过大而经常产生裂纹,严重威胁机组安全运行,为解决该电站水轮机转轮叶片应力过大的问题,以该电站灯泡贯流式水轮机为例,基于RNGκ-ε湍流模型,对水轮机各个部件进行建模、网格划分,通过对转轮叶片的加厚与修角优化处理,利用CFD技术对优化前后转轮水力性能及刚强度进行对比分析。结果表明,优化后转轮叶片应力与变形得到较大改善,符合工程实际需要,可有效避免转轮裂纹的产生。     

双级贯流式超低比转速水轮机数值模拟优化

通过数值模拟等手段开发了一种双级贯流式超低比转速水轮机,利用循环冷却水出口的富余能量推动水轮机转动带动风扇旋转制冷,以达到节能目的。以富余流量0.823 m3/s的水轮机为例,以Fluent软件为平台进行计算分析,对双级贯流式超低比转速水轮机的叶片、导叶形式及其安放位置进行了优化,并采用Navier-Stokes方程、SIMPLEC算法对水轮机进行全三维湍流数值模拟,获得了水轮机内部流动细节,预估了水轮机的性能。计算结果表明,优化后的叶片及导叶表现出较高的效率。     

多工况下高水头水泵水轮机压力脉动特性分析

为研究多工况下高水头水泵水轮机内部的压力脉动特性,以某抽水蓄能电站水泵水轮机模型为例,采用SST湍流模型对非设计工况点下的水泵水轮机进行三维全流道非定常数值模拟,同时监测了固定导叶与活动导叶间、无叶区及尾水管处的压力脉动。结果表明,对于固定导叶与活动导叶之间的区域,水轮机工况下的压力脉动主频为叶片通过频率,而水泵工况下的最高扬程和最低扬程工况的主频分别为转频和叶片数通过的频率;对于无叶区,由于受到强烈的动静干涉效应,水轮机、水泵工况下的主频均为转轮叶片数通过频率,且脉动幅值较大;对于尾水管区域,直锥段处的频率分布规律与流量有关,水轮机小流量工况下,尾水管内主要为0.3倍转频的低频压力脉动,而水轮机大流量工况下,脉动频率主要以2.6倍转频为主。     

地震作用下的风电机组振动仿真分析

应用基于多柔体动力学的联合仿真技术对地震作用下的风力发电机振动响应进行了研究。首先采用GDW理论进行风力机气动载荷计算分析,在Fortran下建立风力发电"叶轮—机舱—塔架"整机的多柔体系统动力学模型,将该系统模型转化为ADAMS分析模型。然后通过动态链接文件和根据Eurocode8编写的地震载荷谱,在ADAMS中进行地震作用下的风力机系统联合仿真。仿真数据同Bladed软件结果比较表明,该联合仿真方法可较好的模拟风力机在地震作用下的振动响应。该文为研究地震对风力发电机的影响进行了一次有益的探索。     

高水头混流式水轮机尾水管压力脉动综述

在高水头的混流式水轮机中,由工程实例的观测和研究可以得出,其运行过程中的机组不稳定性主要来源于机械内部的水力振动,而尾水管压力脉动作为水轮机水力振动的主要原因,在一定情况下会引起机械的疲劳失效。而从其内部流动机理上看,其周期性脉动特征是偏工况条件下尾水管内部的涡带振动,旋进涡核会产生高振幅低频压力脉动和高频压力脉动。本文主要介绍和讨论了国内外学者对这一领域的研究。这些研究主要包括尾水管涡带振动的机理研究,尾水管涡带振动的试验研究和数值模拟,尾水管涡带振动的结构影响,尾水管涡带振动的预防措施及对策。     

风力机叶片三维流动特性与气动性能的数值分析

采用基于雷诺平均的三维可压N-S方程,对美国国家可再生能源实验室开发的PhaseⅥ实验风力机叶片在7m/s来流下的绕流流场进行全三维数值模拟.通过对数值模拟得到的叶片表面压力分布与实验测量值的比较,验证了数值模拟的有效性,并在此基础上分析了叶片各截面的失速情况、叶片的三维绕流特性以及叶展方向上的升阻力系数与功率分布.数值模拟数据显示,相比简单的对二维数值模拟结果进行堆叠,全三维的数值模拟能够更准确的反映叶片绕流的气动特性.     

偏航工况下叶片翼型动态特性研究

首先通过理论分析,研究风力机偏航运行时叶片各翼型的攻角变化规律,建立翼型俯仰运动模型;然后基于大涡模拟（LES）方法,研究偏航工况下叶片翼型的动态气动特性。结果表明：风轮在偏航工况下运行时,叶片各截面翼型攻角变化呈近似的正余弦规律;叶片不同展向位置翼型均发生不同程度的流动分离,出现动态失速现象,越靠近叶根,由偏航引起的动态迟滞效应越明显;翼型俯仰过程中,吸力面前缘分离泡的动态变化过程,导致吸力面前缘压力出现小范围的剧烈振荡,增大流动的不稳定性。     

近海风力机在极限波浪作用下的初步计算分析

考虑风、浪的联合作用,建立了近海风力机组的系统载荷模型.根据基于流函数理论非线性规则波的仿真方法以及Morison方程,采用C 与Fortran语言混合编程开发了极限波浪力的仿真计算程序.应用该程序对一非线性规则波进行了仿真计算,其计算结果与国外文献的波浪仿真计算结果进行比较,取得了良好的一致性,从而验证了极限波浪力的仿真计算模型;最后应用开发的程序对在波浪作用下的塔架实例的极限波浪力进行了计算.     

涡流发生器对潮流能水轮机叶片流动分离特性影响研究

当来流速度过大或在大攻角来流工况下,潮流能水轮机叶片边界层会发生流动分离,导致获能效率降低,甚至会使叶片发生失速破坏。针对上述问题,该文将涡流发生器（VGs）理论与水轮机叶片设计相结合,开展VGs对潮流能水轮机叶片流动分离现象的抑制机理研究。以NACA63418翼型设计的潮流能水轮机叶片为研究对象,分别建立带和不带VGs的叶片三维模型,应用CFD方法研究VGs对潮流能水轮机叶片的流动分离特性影响。结果表明：水轮机叶片流动分离主要发生在吸力侧表面叶根部分,随着流速的增大会沿叶根向叶尖径向扩展;VGs能有效减小水轮机叶片吸力侧表面分离区域,抑制流动分离现象发生;在该研究中,安装VGs后水轮机叶片整体获能性能提升明显,获能系数增加0.5%~5.0%,且能增加潮流能水轮机运行稳定性。     

全玻璃真空管空气集热器管内流动与换热的数值模拟

目前,对于太阳能集热器的数值模拟大多是基于一维、非稳态的简化模型之上。该文采用三维数学及物理模型对插管提热系统的流动与换热情况进行了数值模拟。并对模拟结果进行了实验验证。     

内含实体对H型垂直轴风力机气动性能的影响

以H型垂直轴风力机及其内含圆柱形实体为研究对象,对NACA0018翼型的五叶片H型垂直轴风力机的气动性能进行数值模拟和实验验证.分析8种不同直径的内含圆柱体,在内含实体截面积占风轮迎风面积之比分别为21.2％、50.0％和76.9％时,风力机风能利用率的峰值分别下降8.04％、20.7％及74.3％.结果表明:随着内含...     

非定常流下Wells涡轮机准静态分析方法研究

以Wells涡轮机为研究对象,通过求解RANS方程和Spalart-Allmaras模型实现数值仿真模拟,研究非定常流下Wells涡轮机的准静态分析方法。通过网格独立性分析和已有文献对比,验证计算模型的准确性。计算并对比定常流、振荡流和往复流工况中Wells涡轮的性能,结果显示非定常流下Wells涡轮机会发生迟滞现象。通过振荡流和往复流的流动频率影响分析,说明非定常流下Wells涡轮机准静态分析方法的可行性和局限性:准静态分析对于较低流动频率的非定常流工况准确性较高,但对于较高流动频率误差较大。     

阻塞比对潮流能水轮机尾流特性影响数值模拟研究

首先通过对比分析数值模拟结果与水槽实验尾流场速度数据,验证数值模拟的准确性。通过在软件STAR-CCM+中改变水槽宽度的模型,使水轮机阻塞比分别在9.8%、14.7%和29.5%的情况下进行模拟计算,分析潮流能水轮机尾流特性的变化。结果显示,阻塞比的变化不仅会改变水轮机扫略区域外流体速度,影响远尾流恢复速度,还会对尾流的旋转和湍动能分布造成影响;但随着槽宽增加阻塞比减小,其对尾流特性影响逐渐减弱。