水轮机转轮泄水锥形状对机组内部流动影响分析

本文对三峡原型混流式水轮机进行了改型设计，采用延长泄水锥的方法作为降低尾水管振动的措施。通过对改型的整体机组进行三维湍流非定常计算，得到了水轮机的非定常流场，预测了转轮出口尾水管内部的压力脉动。通过与改型前整机的三维非定常湍流计算结果进行比较可以看出，改型后的机组尾水管振动幅值降低，涡带强度有所下降，达到了水轮机减振的目的。     

水轮机内部涡流与尾水管压力脉动相关性分析

本文对三峡水轮机模型机组进行了全流道非定常湍流数值模拟,选择了2个活动导叶开度工况,分别计算不同流量下水轮机尾水管内的旋涡流动。计算结果能够明显显示尾水管涡带的形成和发展,及尾水管内各个记录面上的压力脉动和相应的旋涡转动周期有密切的关系;同时,还表示了旋涡沿流动方向的产生、发展和消失的过程,及其对于压力脉动的形成的影响作用。通过分析发现,形成涡带的旋涡运动是从上冠附近进入到尾水管的,类似于绕流体的脱体涡,说明对于上冠附近流场的研究有助于进一步探讨涡带运动形成机理和减小压力脉动措施。     

混流式水轮机转轮内部流动的动力学特征和分析

混流式水轮机转轮内流是复杂的非定常三维湍流流动,由于结构上的原因,转轮在非设计工况下工作时会形成不稳定流场,产生三维非定常的附面层分离,同时进一步形成贯穿整个流道的叶道涡,影响转轮的运行稳定性.目前,转轮内流场的研究还只是基于通过数值模拟对速度场和压力场进行观察和分析,但对于各种分离流动机理性研究还做得不够深入.非线性动力学主要研究非线性动力系统中各种运动状态的定性和定量的变化规律,以及系统的长时间演化行为,其可以用于流体旋涡和分离流动机理分析.本文将通过对一个模型转轮数值模拟结果的动力学特性分析,对混流式水轮机非设计工况运行时内流分离和失稳的破坏形式加以分析.     

混流式水轮机转轮的涡量场分析

本文利用涡量场和边界拟涡能流BEF（boundary enstrophy flow）,对混流式水轮机转轮叶片进行了性能评价和优化。在转轮三维湍流数值计算基础上,通过控制拟涡能在叶片表面的分布,能够提高转轮最优工况下的水力效率。优化后转轮叶片表面的拟涡能比原型有明显改善,转轮流场的流动状况也明显改善,说明基于涡量场的分析对于混流式水轮机转轮叶片优化能够起到一定的作用。边界拟涡能流BEF能够从能量角度反映流体和固体之间的相互作用关系。