灯泡贯流式水轮机在小流量工况下的内流特性分析

为了研究灯泡贯流式水轮机在小流量工况下的内流特性,以某水电站贯流式水轮机为研究对象,利用RNG k-ε湍流模型对全流道进行数值计算,分析在小流量工况下尾水管恢复系数和全流道流动情况,并定量分析水轮机部分过流部件的压力脉动情况。结果表明：在小流量工况下当电站水头和导叶开度不匹配时,尾水管的恢复系数减小,当尾水管恢复系数减小2%~3%时,机组效率降低1%;受转轮主流区和尾水管死水区的相互作用,在尾水管边壁会形成漩涡结构,有明显的回流且在边壁存在高速流体;在小流量工况下,机组主要受低频压力脉动影响,转轮进口处的主频是由在转轮转动和导叶提供机组环量时产生的,在尾水管中主要受频率为0.2 Hz的低频压力脉动影响,压力脉动系数沿尾水管出口方向依次增大,最大为1.75%。     

生物质热风炉换热器传热性能数值分析及实验研究

以生物质热风炉为研究对象,搭建生物质热风炉实验台,控制空气入口速度为12～20 m/s,开展相关测试实验。采用Realizable k-ε湍流模型,速度和压力的耦合采用SIMPLEC算法,利用FLUENT软件计算得到换热器温度、速度、压力分布,将模拟结果与实验测试结果进行比较,误差在2%以内。结果表明：随着壳程空气流速的逐渐增大,换热器的壳程温差ΔT、压降Δp逐渐升高;对流传热系数、总传热系数、传热量和换热器评价指标η也逐渐增大。随着雷诺数增大,努塞尔数和传热因子逐渐增大。     

水泵水轮机在水轮机工况下导叶水力矩试验研究

为分析水泵水轮机在水轮机工况下导叶水力矩大小及其变化规律,针对国内某抽水蓄能电站的水泵水轮机模型,基于电测应力分析方法,对活动导叶轴进行特殊加工处理,分别进行水轮机工况下同步导叶和非同步导叶的水力矩试验。对试验结果分析得出:在不使用非同步导叶时,随着导叶开度的增大所有被测导叶的导叶水力矩因数变化保持一致,并且水力矩的方向从导叶关闭方向逐渐转向导叶开启方向;设置10~#导叶为非同步导叶后,在非同步导叶开度与同步导叶开度值相差小于16.4%时,被测导叶的水力矩因数趋于均匀分布,差值大于16.4%时随着开度值的增大水力矩急剧增大,并且不同导叶的水力矩因数差别较大。     

活动导叶头部圆半径对水泵水轮机飞逸特性的影响研究

以中国某抽水蓄能电站水泵水轮机模型机为研究对象,通过改进活动导叶头部圆半径r,基于Realizable k-ε湍流模型,分析改进活动导叶头部圆半径r对水泵水轮机飞逸特性的影响,充分发挥水泵水轮机在抽水蓄能中的核心作用。结果表明：减小头部圆半径r至(r-0.313) mm,对机组“S”特性存在较佳的改善效果;飞逸工况下无叶区的高速水环逐渐减弱。流体由活动导叶进入转轮叶片流道的过程中,流体的速度由活动导叶出口附近逐渐增大,受高速水环的影响,在无叶区达到最大,随后速度逐渐减小进入转轮,保持在某个较大速度持续流动;飞逸工况下1～5流道转轮叶片进口端旋涡沿着流道逐渐扁平且向转轮叶片后移扩散。转轮叶片进口端旋涡附近压强变化整体呈下降趋势,在叶片进口端出现峰值,转轮叶片进口端旋涡附近压强大小随旋涡位移以及强度而变化;飞逸工况下尾水管的直锥管段分布着大量涡带,且涡带沿着弯肘段逐渐后移到扩散段。回流主要集中在尾水管扩散段边壁附近,在距离转轮中轴线300～500 mm处,回流逐渐减少。     

双流道转轮水力透平机的全流道数值模拟

依据给定的参数,对水力透平机进行模型设计。采用FLUENT软件对所设计的水力透平机进行了全流道三维定常湍流数值模拟,计算以雷诺时均N-S方程为基础,基于贴体坐标和交错网格划分,对控制方程进行变换和离散。采用SIMPLEC算法实现速度、压力变量的分离求解。定常湍流计算采用了标准k-ε湍流模型。模拟计算获得了水力透平各过流部件内部的流动机理,该数值计算方法和结果对水力透平机的水力优化设计具有重要意义。     

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。     

螺旋离心泵叶轮离心段叶片对泵性能影响的数值模拟

以150×100 LN-32型螺旋离心泵为研究对象,选用标准k-ε模型,采用CFD软件Fluent计算了原形机和去掉了离心段叶片的模型机的三维内部流场。通过对两种叶轮泵内部流动速度、压力分布与捕捉到的回流等重要现象的研究,分析了离心段的作用。针对以上分析结果,提出了在设计螺旋离心泵的一些改进建议。     

可逆式水轮机变工况研究

针对抽水蓄能电站稳定性的要求,利用可逆式水轮机水泵工况断电过程中蜗壳出水边的压力始终保持恒定（水轮机工况的水头）,机组转速连续变化这一规律,根据转速的不同来选取不同的工况点。在Fluent软件中,通过变换转轮的边界条件设置,可模拟可逆式水轮机水泵断电过程不同工况点水力变化,计算时采用雷诺时均方程和RNG肛￡湍流模型,压力和速度耦合采用半隐式（SIMPLEC）算法。对可逆式水轮机不同工况点模拟结果进行了分析总结,数值试验结果直观地反映了可逆式水轮机水泵工况断电的不同工况点、叶片表面的压力分布、蜗壳内部的流场漩涡分布、水力损失等,对可逆式水轮机的转轮设计和结构优化有一定的应用价值。     

水泵水轮机反水泵工况区压力脉动特性分析

为研究水泵水轮机反水泵区的压力脉动特性,以某抽水蓄能电站模型水泵水轮机为研究对象,基于分离涡湍流方法(detached eddy simulation,DES),对水泵水轮机反水泵工况进行了数值模拟。探讨了全流道三维湍流场特性,并与试验结果相对比,分析了水泵水轮机在反水泵工况区压力脉动特性。结果表明,反水泵工况下,转轮与导叶之间和尾水管内的主频均为0.143倍转频,主频幅值占混频幅值比例分别达到12%和34.6%。通过流场分析,发现尾水管锥管段内的螺旋形涡带结构是导致这种低频脉动的主要原因。同常规运行工况相比,反水泵工况区的不稳定流场会导致压力脉动相对幅值的突增,引起机组剧烈的振动,严重影响机组的安全运行。     

可逆式水轮机水泵断电变工况研究

针对抽水蓄能电站稳定性的要求,利用可逆式水轮机水泵工况断电过程中蜗壳出水边的压力始终保持恒定(水轮机工况的水头)、机组转速连续变化这一规律,在Fluent软件中变换转轮的边界条件设置,达到模拟可逆机水泵断电不同工况点水力变化的目的。计算时采用雷诺时均方程和RNG k-ε湍流模型,压力和速度耦合采用半隐式方法(SIMPLEC)算法。数值实验结果直观地反映了不同工况点叶片表面的压力分布、蜗壳内部的流场漩涡分布、水力损失等,对可逆式水轮机的转轮设计和结构优化有一定的参考价值。