水泵水轮机泵工况下内部空化特性分析

为研究空化条件下水泵水轮机泵工况的内部空化特性,基于ANSYS CFX(有限元分析)软件采用k-ε湍流模型、均质多相模型和Rayleigh-Plesset方程,对某抽水蓄能电站模型机进行了全流道非定常空化流动数值计算。根据模拟结果预测了水泵水轮机泵工况工作无空化时的能量特性和空化发生时的空化性能,并与试验数据对比。结果表明:流场数值计算成功地捕获到了空化发生、发展及空间演变过程;随着空化数的变化,空泡在叶片背面进口附近产生,然后沿着流线向叶轮出口扩散,并随着流道过流面积的增大向叶片工作面扩展,直接影响叶片上的压力分布和叶片中间流线上叶片载荷分布;在空化严重时,会造成叶轮流道内流动紊乱和严重堵塞,导致效率的大幅下降,对机组安全稳定运行非常不利。     

水泵水轮机反水泵工况的特性研究

为了解水泵水轮机反水泵工况的水力性能,以某抽蓄电站为例构建了水力模型,采用SSTk-ω模型和Presto差分格式模拟反水泵工况的内流场和外特性,并结合试验数据进行对比验证.结果表明,反水泵工况的扬程与流量关系曲线及特性曲线均呈抛物线分布;活动导叶开度越大,进入反水泵的转速越高,流量越大;反水泵工况存在大量的回流涡结构,反水泵的能量损失主要集中于活动导叶的入口和出口处;转轮内存在的脱流现象主要分布在叶片吸力面进口处和压力面出口处;流量越低,转轮流道大尺度涡结构越多,乃至充满整个流道.该结论为水泵水轮机“S”特性的研究提供了依据.     

抽水蓄能机组调速器双微分通道的PID控制算法

抽水蓄能机组在低水头下启动运行时,受水泵水轮机“S”形特性的影响,空载工况下机组的单位转速相对较大,很容易进入反水泵工况区,导致不稳定运行。为了提高低水头下抽水蓄能机组的空载运行稳定性,在现有PID调节器的结构上增加了一个微分通道,研究了采用双微分通道的PID调速器控制算法。仿真计算证明,采用双微分通道进行调节,调速器微分环节在较宽的调节范围内都起作用,有效减小了抽水蓄能机组“S”形特性的影响,提高了机组在低水头空载时的稳定性。     

水泵水轮机“S“特性对机组水头低时发电影响及对策分析

介绍了水泵水轮机“S”特性并从理论上分析了其形成的原因。由于活动导叶与固定导叶的共同作用,抽水蓄能机组水头低时发电,导叶异步开启时,进入转轮前部分水流的流速得到了提高,并高于导叶同步开启时进入转轮前水流的流速。从而有效地改善了对应空载工况点处的“S”特性,解决了水泵水轮机“S”特性此时对机组运行的不利影响。并结合实例进行了分析。     

水泵空化状态下的声发射信号特征试验研究

针对水泵空化现象较难解决的问题,在水泵试验台上进行定转速定流量的空化模拟试验,利用已设计好的监测系统对水泵的声发射信号进行了实时采集和分析处理,并分析了水泵在空化状态下的声发射信号波形频谱特征和声发射信号参数特征,获得了水泵有效汽蚀余量与声发射信号特征参数之间的关系。试验结果表明,声发射信号特征与水泵空化状态之间存在明显的对应关系,可利用此种关系判断水泵空化故障的发生,为运用声发射技术监测水泵空化提供了试验依据。     

水泵水轮机模型全特性试验的关键技术改进措施

抽水蓄能电站水泵水轮机模型全特性试验结果关系到电站的过渡过程及运行稳定性,其不同于常规性能试验的诸多特性提高了对试验设备和方法的要求,同时“S”区、零流量、低单位转速等区域试验工况的不稳定亦给数据采集带来了很大困难。根据国内几座大型抽水蓄能电站项目的模型水泵水轮机全特性试验累积的经验,分析总结了水泵水轮机全特性试验的关键技术点,就试验过程中的不稳定区域提出了切实有效的试验方法,并取得了满意的试验结果,可为其他抽水蓄能电站的全特性试验研究提供参考。     

水泵水轮机的"S"形特性及对机组性能的影响

针对水轮机全特性图上的“S”形特性,从理论上分析了其产生的原因及对抽水蓄能电站运行的影响,并结合实际剖析了“S”形特性对抽水蓄能电站日常运行的影响和常用的解决方法。     

水泵水轮机空化流及转轮轴向受力分析

为研究水泵水轮机在水泵工况运行时的空化特性及转轮所受轴向力的变化情况,以某抽水蓄能电站模型水泵水轮机模型为研究对象,基于Zwart空化模型和SST k-ω湍流模型,在不同流量系数下进行不同空化数的三维数值模拟并与实验对比验证。结果表明:在小流量和设计流量工况下气泡首先出现在吸力面靠近前缘位置并逐步向叶片出口和压力面扩展,而在大流量工况下气泡首先在压力面出现,并扩展至吸力面区域且已远离前缘位置,同时探讨了轴向力随着空化数的变化规律。     

混流可逆式水泵水轮机压力脉动特性试验研究

本文报道了对混流可逆式水泵水轮机压脉力动特性所进行的试验研究工作。用压力传感器量测了三个可逆转轮在水泵及水轮机两种工况下在转轮前后各个过流部件边壁上的脉动压力。本文着重介绍水泵能量和汽蚀工况下转轮高压侧压力脉动特性及水轮机能量和汽蚀工况下尾水管压力脉动特性,对三     

水泵水轮机“S”特性区的流动机理及研究进展

水泵水轮机作为抽水蓄能电站中实现能量转换的核心部件,也是抽水蓄能技术国产化过程中的关键。本文介绍了水泵水轮机近几十年国内外的研究发展现状,针对水泵水轮机由于结构的特殊性在"S"特性区内低水头运行时常发生机组并网困难或者在甩负荷过程中水压异常上升的问题,通过描述"S"特性区的形成机理并从形成机理、设计方法、研究方法和流道内部不稳定流动特性等方面入手分析了现有相关研究中存在的问题,总结了"S"特性区对抽水蓄能电站的不利影响及其相对成熟的预开导叶法,并且认为今后的研究重点为优化水力设计。     

双吸泵空化非定常数值分析

为了分析双吸泵内部非定常空化流,采用SST湍流模型及基于Rayleigh-Plesset方程的输运空化模型,对双吸泵空化流场进行定常与非定常模拟,得到了双吸泵内流场空化初生部位及空化发展情况,并设置监测点分析了空化状态下双吸泵内不同位置处的压力脉动特性。结果表明,空化首先发生于叶片吸力面头部靠近前盖板处,随着空化余量的降低,空化面积及空泡体积分数不断增大,空化继续发展后,空泡会逐渐向叶片吸力面及叶轮出口扩散,从而降低泵的扬程;在一个旋转周期内,单个叶片上的空化状态呈现出由弱变强、再由强变弱的发展趋势;随着空化余量的降低,监测点处压力脉动幅值增加,蜗壳流道内压力脉动的主频为叶频,谐频为叶频的倍数,且蜗壳隔舌处的压力脉动幅值最大。     

叶片数对低比转速离心泵性能影响分析

振动及空化是影响离心泵性能的重要因素。为了进一步优化流道,提高离心泵的性能,在保证离心泵其他参数不变的情况下,设计了3种不同叶片数叶轮。对3种离心泵进行全流道三维非定常湍流数值模拟,分析叶片数对离心泵性能的影响。结果显示:不同叶片数离心泵在两个监测点的压力脉动主频都是相对应的叶片通过频率,次频为叶片通过频率的倍频。叶片数的变化对隔舌处的压力脉动变化影响较大。随着叶片数的增加,离心泵的扬程逐渐增大,离心泵的效率变化比较复杂,当叶片数为5时,离心泵的效率最高。随着进口压力的不断降低,离心泵叶轮所受扭矩发生变化,在临界空化余量附近,泵扭矩发生陡降。     

考虑真空泵汽蚀特性的300MW汽轮机凝汽器特性曲线

现有的300MW机组凝汽器特性曲线没有考虑到水环真空泵汽蚀特性对凝汽器运行特性的影响,不能准确反映凝汽器的运行状态。文中首先对300MW机组凝汽器水环真空泵的汽蚀特性进行了分析,并给出了汽蚀的判断方法以及汽蚀余量的表达式。然后,以国产引进型300MW汽轮机凝汽器为例,计算汽轮机负荷及冷却水温度对水环真空泵汽蚀余量的影响。最后,给出了考虑水环真空泵汽蚀特性后的300MW机组凝汽器特性曲线及其绘制方法,该曲线能较准确地反映凝汽器的运行特性。     

基于CFD的离心泵内部流场数值模拟

采用GAMBIT建模划分网格,基于CFD技术,采用雷诺时均N-S方程和RNG k-ε湍流模型对离心泵内部的二维湍流流动进行了数值模拟,得到了离心泵内部流场的压力分布、速度分布及气蚀特性规律。结果表明,叶轮内部流体从叶片入口到离心泵出口速度不断降低,压力不断升高。同时,得到了气蚀分布特性,在所研究工况条件下,气蚀首先在叶片两侧出现。模拟结果对工程实践和离心泵水力性能研究有一定的指导意义。     

柴油机水泵穴蚀的原因及改进措施

针对某发动机拆检时出现的水泵穴蚀问题,进行了冷却系统的整体分析及水泵部件的分析,最终确定了水泵产生穴蚀的主要原因.在维持发动机各主要零部件如配套水管路和散热器及膨胀水箱相对空间位置不变的情况下,通过降低水泵的进水流速、改善水泵蜗壳的流动结构等措施,消除了水泵的穴蚀现象.     

大侧斜桨非定常空化流动结构的数值研究

为了对船后螺旋桨空化流动问题进行深入分析,本文基于大涡模拟(LES)方法和Zwart空化模型对非均匀来流条件下的大侧斜桨非定常空化演变及空化对桨叶周围流动结构的影响进行了研究.首先,采用三套系统加密的网格对非均匀流场中螺旋桨空化流动计算结果进行网格无关性验证以及不确定度分析,结果表明计算方法的可行性和可靠性较高.其次,深入分析了不同时刻空化演变过程的桨叶周围流动结构,结果表明大侧斜桨发生空化时,桨叶表面主要会有回射流、主流和梢涡等流动结构,并且随着空化逐渐向叶稍收缩推移,少量的片空化在叶梢附近被回射流抬升并被卷吸进入梢涡中.此外桨叶推力沿径向的分布结果分析表明,由于桨叶载荷在叶稍处得到了很好的卸载处理,因此梢涡空化强度较低.     

Cavitation in semi-open centrifugal impellers for a miniature pump

Cavitation in miniature pumps was investigated experimentally for two semi-open centrifugal impellers. Although both impellers had the same blade cross-section, one impeller had a two-dimensional blade, while the other had a leaned blade. The flows were also analyzed using a numerical model of the three-dimensional turbulent flow in the pumps near the peak efficiency point using the k-ɛ turbulence model and the VOF cavitation model. The average cavitation performance of each impeller was satisfactorily predicted by the numerical simulations. The results show that the miniature pumps have similar cavitation performances as an ordinary-size pump, with the cavitation performance of the semi-open impeller reduced by increased axial tip clearances. Also, both the hydraulic and cavitation performance of the semi-open impeller were improved by the leaned blade. The results also show that uniform flow upstream of the impeller inlet will improve the cavitation performance of a miniature pump. __________ Translated from J Tsinghua Univ (Sci & Tech), 2006, 46(8): 1451–1454 [译自: 清华大学学报(自然科学版)]     

Investigation of coolant flow distribution and the effects of cavitation on water pump performance in an automotive cooling system

Cavitation is a well‐known phenomenon that causes performance losses in all kinds of hydraulic machinery, including automotive water pumps. The present study uses a coolant flow test rig to investigate cavitation in water pumps. The coolant flow rate was measured for various coolant temperatures and compositions. This study validates that cavitation occurs during the coolant warm‐up period, in which coolant temperature is typically below 80°C. Cavitation was also related to a drop in the water pump inlet pressure and driving torque. Based on the results from this study, it can be concluded that cavitation is affected by coolant temperature, engine speed, and coolant composition. Furthermore, it is found that the use of an electric water pump is effective for minimizing the pressure drop and driving loss of the pump. Copyright © 2008 John Wiley & Sons, Ltd.     

遗传算法在水平轴洋流机叶片优化设计中的应用

水平轴洋流机是捕获洋流能的主要设备,其叶片外形直接影响捕能效率。通过Bezier参数化曲线描述定速定桨距洋流机的叶片弦长和扭角分布规律,采用叶素-动量理论计算其水动特性。以额定流速下能量利用系数系数最大为目标,基于遗传算法建立了叶片外形优化模型。同时,为了避免因汽蚀导致功率输出不稳定的现象,在优化过程中以汽蚀作为约束条件,与经典设计方法Wilson理论设计叶片进行了比较。结果表明:优化叶片在叶根处的扭角更小,具有更佳的抗扭性能;叶根和叶尖处弦长均更小,节省了材料;在设计流速范围内,优化叶片在低流速下效率更高,平均提高了4.6%,具有更好的启动性能。