水泵水轮机极小开度反水泵工况压力脉动与内流特性分析

混流式水泵水轮机普遍存在S特性区,水轮机工况启动时机组常不能由空载直接带负载,容易进入反水泵区,导致机组并网困难。本文以模型水泵水轮机为对象,对极小导叶开度下的多个反水泵工况点进行了整体流道三维流动计算,探讨极小导叶开度下反水泵区机组的非定常流动特性。数值计算采用SAS SST-CC湍流模型,5个定常工况点计算的外特性曲线与模型试验数据吻合较好。对流量较小的工况进行非定常计算,旋转转轮9个叶道各8个测点的压力脉动结果显示,相似位置测点间的压力脉动混频幅值和频率均存在明显差异,峰峰值的差异最大达到4.2%,说明此时转轮内的流态分布很不均匀。测点离导叶越近,低频脉动的主频从0.19 fn逐渐增加到1.07 fn;动静干涉引起的20 fn脉动幅度会逐渐增强,但转轮出口位于出流与入流过渡区的测点趋势则不同。结果显示在反水泵工况区运行,转轮各叶道间的流态分布极不对称,充满了严重的流动分离和漩涡。     

基于数值仿真的轴流定桨水轮机尾水涡带抑制措施研究

本文以轴流定桨水轮机为研究对象，设计了两种可以抑制尾水涡带的补气措施。采用基于气液两相流的定常数值仿真计算，选取偏负荷典型工况进行了不同补气比条件下的仿真试验。研究发现采用尾水管短管补气只能消除部分尾水涡带，而采用泄水锥中心孔补气可以较为完全地抑制尾水涡带的产生。但同时发现从泄水锥中心孔补入的气体会影响尾水管过流，造成蜗壳入口处的流量下降约3.5%。本研究可进一步丰富补气对轴流定桨式水轮机尾水涡带抑制效果的仿真数据和试验理论。     

基于Openfoam的怀来复杂地形风电场流动特性研究

针对实际风电场复杂地形的流动特性,基于Openfoam开源软件进行二次开发。通过自主研发的网格捕捉地形工具,运用计算流体力学(CFD)模拟方法,研究了复杂地形条件下不同扇区入口方向的流动模拟。模拟结果表明:基于Openfoam的复杂地形模拟方法具有较高的模拟精度,验证了方法的可行性;以河北怀来的实际复杂地形为研究对象,通过定性和定量速度场特性分析可知,风绕过山体,受到山体漩涡流动和风机尾流损失的影响,风电场的风能品质下降;主风向下流动的自持性较高,而在其他扇区进出口的流向速度梯度不为零,存在较大的回流现象,各个机位点在轮毂高位处的观测结果与商业软件计算结果相差15%左右。文章的研究方法对于复杂地形数值模拟和风电场微观选址具有重要的参考价值。     

多山地形风场流动数值模拟

随着风能的不断开发，风电场从平坦地形开始转向复杂地形。复杂地形下的风电场内部流动对风电机组的布机具有决定性的影响。本文针对多种典型复杂地形，包括不同高宽比的孤立山丘地形和带不同深度山谷的双山地形，采用三维数值模拟研究了复杂地形下的绕流场分布，分析了流动形成机理和合理的布机位置。模拟结果显示:山丘的高宽比对山丘顶部的加速比和山丘下游速度恢复有很大影响，山丘地形下的布机需要综合考虑山丘高度和山丘下游的速度恢复距离；连续山丘顶部的加速比减弱，且背风面易形成较大的分离流动；连续山丘之间的山谷有利于减弱连续山丘背风面的流动分离，距离较近的双山之间存在相互影响，山顶的加速效比均比孤立山丘的加速比小；双山之间的山谷较浅时，有利于山顶的加速效果的恢复，但山谷较深时，会增加后山下游的速度恢复距离。     

混流式水泵水轮机小开度S特性区内流特性分析

混流式水泵水轮机普遍存在S特性区,严重影响蓄能机组的安全稳定运行,其产生的内在原因和解决方法是目前研究重点。本文以模型水泵水轮机为研究对象,对小导叶开度下的水轮机及反水泵运行的多个工况进行了整体流道的三维数值计算,探讨小导叶开度下S特性区机组内部的三维流动特性。选取了性能曲线在S形区域的不同运行工况点进行内流特性分析,发现在飞逸附近工况导叶和转轮内主要表现为漩涡流;在制动工况活动导叶和转轮间的无叶区内表现为明显的"水环"状流态,仅有少部分水流能流入转轮;反水泵工况的流动则更加复杂,整个流道中均有大量的漩涡流存在。综合S特性区的三维流动特性发现,当机组运行在小流量制动工况时,无叶区内的回流会堵塞通道,造成转轮不能在更高的转速下维持该小流量状态的运行,表现为在特性曲线飞逸点附近开始发生S形的弯折。