冷却塔专用水轮机的数值模拟与性能研究

以冷却塔内额定流量为0.833 m³/s的双级贯流式水轮机为研究对象,基于ANSYS-Workbench操作平台对其进行单向流固耦合分析。采用三维建模软件UG,建立水轮机模型。使用商业CFD软件Fluent,对全流道模型进行三维定常湍流数值模拟,分析了内部流场及各部件的水力损失,得到了转轮叶片上准确的水压力分布。将流场计算结果应用到结构场中,使用有限元分析软件ANSYS,对转轮设计工况下的刚强度进行了计算,得到了转轮的静应力分布和变形情况。     

混流式水轮机转轮优化设计及CFD分析

为了解决某小型水电站的混流式水轮机部分工况压力脉动大,空化、磨损严重的问题,对原水轮机进行了深入研究,并在原水轮机转轮的基础上研制出了新型的、适合该电站运行工况的水轮机转轮,对水轮机转轮进行了更换改造。对新型转轮和原转轮进行三维建模,分别与其余过流部件组装成水轮机全流道。采用ICEM进行网格划分,利用CFX软件,基于RNGκ-ε湍流模型,对原始全流道和改造后的全流道进行了数值模拟计算,通过计算结果分析转轮改造后水轮机内部流动以及外特性的变化,预估改造后水轮机的实际运行效果。     

灯泡贯流式水轮机转轮内流场的研究

基于环形叶栅理论建立转轮叶片三维模型。采用FLUENT软件对转轮叶片进行了三维定常湍流计算。数值模拟了转轮内部三维湍流流场,得到了叶片表面压力云图、速度矢量图和叶片进出口边附近压力分布图,并估算出水轮机水力效率。结果表明采用环形叶栅理论建立的贯流式水轮机叶片具有可行性。     

灯泡贯流式水轮机转轮内流场的研究

基于环形叶栅理论建立转轮叶片三维模型。采用FLUENT软件对转轮叶片进行了三维定常湍流计算,数值模拟了转轮内部三维湍流流场,得到了叶片表面压力云图、速度矢量图和叶片进出口边附近压力分布图,并估算出水轮机水力效率。结果表明采用环形叶栅理论建立的贯流式水轮机叶片具有可行性。     

基于内部流场数值模拟和性能预测的水电站改造

通过CFD技术对映秀湾水电站某混流式水轮机改造方案的内部流动特征进行了全流道模拟,并对改造后的转轮性能进行预测.确定了以雷诺时均方程和标准k-ε方程湍流模型为数学模型,并确定了相应流动控制方程和全流道的边界条件,采用全三维黏性流动计算分析技术来模拟转轮内部流场.数值试验与模型试验结果对比结果表明：CFD技术的模拟结果与模型试验测试比较一致,能满足工程要求.     

全贯流式水轮机流场测量与分析

本文通过流场测量,分析了旋转轮环对轮缘区转轮后流场的影响,以及全速度和径向速度的分布规律。文中还对全贯流水轮机的流道进行了分析。     

水轮机转轮准三维反问题设计及流场性能分析

为设计出高质量的水轮机转轮叶片,确保机组运行时各项性能指标良好,在某小型混流式水轮机的转轮设计中,采用准三维反问题设计方法获得了叶片翼型的形状及尺寸数据并建立了转轮模型,再通过对机组全流道的流场性能分析以及效率和出力计算,得到了机组内部流态顺畅且效率和出力均满足要求的研究结果。研究表明,以转轮流场状态为依据的准三维反问题叶片设计,能有效实现机组转轮与电站水文参数条件的良好匹配,进而达到提升机组效率和稳定性的目的。     

潮汐电站贯流式水轮机的流场数值模拟

基于Navier-Stokes方程和标准κ-ε紊流模型和SIMPLE算法的改进型混合格式,用Fortran语言编程对潮汐电站水轮机模型正反向全流道三维流场做了数值计算。针对水轮机性能预测的准确性问题,将计算所得的模型水轮机效率值与河海大学提供的Flu-ent计算结果及模型试验数据进行了比较分析。研究结果表明,该改进算法对于水轮机模型内部流场是精确可靠的,适用于优化改进水轮机性能,能够提高其效率。     

泵-水轮机转轮内部泵工况含沙紊流分析及磨蚀预测

本文基于N-S方程和两相紊流的κ-ε-A_p模型。采用贴体座标系和交错网格系统,对泵-水轮机转轮内部泵工况含沙两相紊流进行三维数值模拟。对于设计工况和偏离设计工况分别分析其两相紊流特性,得出了转轮内部流场、压力场的分布。并基于颗粒相速度分布用实验模型预测了磨蚀率。     

基于非稳态计算对旋风机三维流场的数值模拟

应用三维非定常数值计算方法对矿用对旋轴流风机的非定常特性进行了数值模拟研究。数值计算中将SIMPLE算法与RNGκ-ε湍流模型相结合,以风机三维全流道为计算域,获得了对旋风机叶轮区域3对干涉面上速度场和涡量场的非定常分布。通过数值模拟结果与设计参数和试验结果的比较,验证了数值预测结果的准确性。模拟结果表明,对旋风机在一个旋转周期的不同时刻,其内部流场存在显著的非定常特性。     

泵—水轮机转轮内部泵工况含沙紊流分析及腐蚀预测

本文基于Ｎ－Ｓ方程和两相紊流的Ｋ－Ｅ－Ａｐ模型，采用贴体座标系和交错网格系统，对泵－水轮机转轮内部泵工况含沙两相紊流进行三维数值模拟。对于设计工况和偏离设计工况分别分析其两相紊流特性，得出了转轮内部流场、压力场的分布。并基于颗粒相速度分布用实验模型预测了磨蚀率。     

基于CFX数值模拟的水轮机转轮叶片优化设计

介绍了水轮机转轮的优化方案,基于ANSYS-CFX11.0仿真软件对混流式水轮机转轮叶片的三维流动及能量分布进行了数值计算、模拟仿真,重点对削薄后的转轮叶片进行了数值模拟和分析。     

水轮机参数化网格生成及整体性能数值模拟

为了对水轮机整体性能做出预测,采用参数化方法生成了水轮机全流道的结构网格,并在动静界面的数据交换上采用周向平均插值的方法进行了数值模拟,最后通过程序和CFX进行了数值模拟计算,并把结果与实际测得的数据进行比较,验证了模型和计算的准确性。研究结果表明,采用这种模型既能模拟水轮机内部流场,又能对整体性能做出较精确的预测。     

基于ANSYS的水轮机转轮流固耦合分析

为了得到水体作用下的混流式水轮机转轮的应力分布规律和变形特征,应用ANSYS有限元分析软件,采用流固耦合分析方法对某混流式水轮机转轮进行了分析。通过建立全流道分析模型,得到了转轮叶片上准确的水压力分布。将流场计算结果应用到结构场中,对转轮不同工况下的刚、强度进行了计算,得到了转轮精确的结构应力和变形。计算结果表明,该转轮在水体作用下最大应力值小于材料许用应力,能够满足强度设计要求;变形量小于设计预留间隙值,保证了转轮在运行时不会与止漏环内表面刮擦,从而引起止漏环脱落;转轮部件的应力数据对准确评估转轮使用寿命具有一定的实际意义。     

高温气冷堆（HTR-10）用多级给水泵的三维造型与CFD分析

本文应用三维实体造型软件对10MW高温气冷核反应堆(HTR-l0)中13级给水泵的全部过水流道进行了实体化造型，在此基础上进行了CFD(计算流体动力学)分析。数值模拟基于N-S方程、RNGκ-ε湍流模型和SIMPLEC算法．对给水泵全流道进行了三维紊流场计算．得出该泵全流道三维可视化流场特征和可以预测泵外特性的进出口截面总压分布云图。数值计算的结果为反应堆二次侧给水泵运行参数变化提供了预测与分析手段。实体造型和CFD分析可为研发新产品、提升产品制造理念、优化产品设计、提高新产品开发的成功率提供经济快捷而可靠的手段。     

液力透平动静叶栅内的流动特性

以径向导叶式离心泵反转作液力透平为研究对象,对全流道进行结构化六面体网格划分,运用大涡模拟(large eddy simulation,LES)模型进行三维非定常数值计算,分析了透平工况下动静叶栅内的压力分布、内部速度场、流道涡量分布、拟序涡流结构及演化过程。结果表明:所选的径向导叶式离心泵作透平时水力性能良好,动静叶栅交界面附近出现局部高压和局部高速流,非定常流动时动静叶栅内涡旋运动明显,流道内涡量主要分布在导叶工作面和叶片背面,伴随着叶轮旋转产生的涡在流道内会出现拉伸、合并和撕裂的演化形式。     

冷却塔专用新型双级贯流式水轮机的转轮直径优化

基于连续方程、动量方程和湍流方程的k-ε模型,对冷却塔专用的贯流式水轮机进行了多转轮直径尺寸下二维定常数值模拟,获得了流场的速度、压力分布变化规律,并且对5种尺寸下的数值模拟结果进行比较分析,从而确定了一个效率优先目标下的最终转轮直径方案.     

大型水轮发电机转轮叶片流速场、压力场的边界元法分析

本文据边界元法原理,推导出适用于二维、三维Laplace场的电子计算机数值计算公式,并通过对水轮机转轮叶片流道边界条件的处理,给出高、中水头混流式水轮机转轮DA-06、D48转轮叶片、轴流式水轮机转轮葛洲坝电站17.5万千瓦机组转轮叶片的速度场、压力场的计算结果,据此计算出的应力场与相应的试验比较,二者基本一致,为解决水轮机转轮强度分析难的问题,初步开辟了一个新途径。     

混流式水轮机定常流动分析

通过混流式水轮机全流道的定常流动数值模拟,研究混流式水轮机内部尤其是尾水管在不同工况下的流动特点,目的在于探明引起混流式水轮机内部流动不稳定的真正原因.计算结果表明,引水部件的流动,蜗壳鼻端处压力波动均较为剧烈,周向分布不均匀,但是经过固定导叶和活动导叶的过滤后周向分布基本对称.转动部分的流动,小开度低单位转速时,较小的导叶出流角,使转轮叶片头部受到撞击,叶片上横向流动和背面的叶道涡严重,转轮出口靠上冠处有回流和横向流动,泄水锥下方回流严重;大开度时,转轮进出口流态都得到改善.尾水管内,小开度时,锥管中心回流严重,大部分水流流向外缘,受肘管的影响,锥管和肘管内部形成两个涡流区,主流流经支墩左侧,右侧较为紊乱;最优开度时,尾水管内部水流流线顺畅,支墩两侧水流平稳性基本一致:大开度时,尾水管主流向锥管中心聚拢,经过肘管的转弯时,出现很多局部的旋涡流动,支墩右侧水流相对平稳,而左侧较为紊乱.研究结果为压力脉动测量位置的选择提供理论依据.     

部分负荷下混流式水轮机转轮叶片变形对流场的影响

将CFD流动分析软件与结构刚强度软件有机结合,对混流式转轮在不同工况下的流动进行分析。通过程序将流场参数加载到结构分析软件上,对变形后的叶片再次进行网格划分流场计算,并计算出混流式转轮叶片上的应力和变形,详细分析了转轮变形后的流场,达到了真正意义上的流固耦合。研究结果表明:最大应力发生在转轮叶片的出水边与上冠的连接处,应力集中较明显,易于发生疲劳破坏。产生最大变形的部位是转轮叶片的出水边与下环的连接处,且从上冠到下环变形量逐渐增大,即此部位就是叶片振动的敏感区域;转轮变形后对水轮机内部流场的影响表现在叶片进口边头部压力增大,叶片出口边靠下环处流速增大、压力下降,空化性能降低。变形后的流场使得尾水管内部的涡带产生、紊动加剧,说明叶片变形后对水轮机内部流场的影响是引起水轮机裂纹和振动的真正原因。