高温气冷堆主氦风机叶轮过盈配合有限元分析

利用有限元软件ANSYS中的接触单元模拟高温气冷堆主氦风机叶轮与转轴的过盈配合。通过调节接触单元实常数确定有限元初始过盈量,针对不同过盈量、不同的叶轮与轴间的摩擦系数和不同的叶轮转速,计算分析叶轮和转轴过盈面间接触压力分布。结果表明,沿圆周方向接触压力呈现周期性变化,接触压力随着过盈量增加线性递增;转速越高,配合面靠近轮盘侧压力越低,但靠近轮盖侧则越高。     

流体机械非定常流动的涡方法数值模拟

本文描述了一种建立在拉格朗日框架下涡方法的具体算法,主要包括：涡量边界条件的给定,涡量输送方程中拉伸项及粘性扩散项的数值处理,以及根据流场中离散涡元的分布计算流场压力的积分方法。利用该方法对有代表性的流体机械非定常流动现象进行了数值模拟,结果表明基于涡方法基础上的数值模拟法是非常适合于数值模拟流体机械非定常流动。     

钟形进水流道吸水室的后壁距研究

基于标准的k-ε双方程紊流模型,采用SIMPLEC算法,在贴体坐标系下,通过求解三维雷诺平均的Navier-Stokes方程,对半圆形和蜗形两种钟形进水流道吸水室内部流动进行了大量数值模拟,并在流场数值模拟的基础上对这两种吸水室的后壁距进行了研究,给出了具有较好流场以及出口流速均匀度的后壁距范围和最优值:半圆形吸水室后壁距XT=(0.8～1.2)D0,蜗形吸水室后壁距XT≤1.3D0,最优值均为最大值.     

水轮机工况下的水泵水轮机静态稳定

S区是水泵水轮机与常规水轮机转轮主要的差异，是导致水泵水轮机稳定性问题的主要因素之一。本文从单位流量Q11、单位力矩T11和单位转速n11基本定义出发，分别导出了全特性曲线上单位流量Q11与单位力矩T11对单位转速n11的导数，根据单位流量Q11与单位力矩T11的微分特征，结合定导叶开度情况下水轮机工况流量Q-工作水头H和反水泵工况流量Q-工作扬程H特性曲线，分别获得了水轮机工况和反水泵工况机组稳定运行需满足的条件。采用静态稳定理论获得了水泵水轮机在水轮机工况和反水泵工况稳定运行时工作水头/扬程扰动量所满足的关系，在此基础上给出了水轮机稳定运行需满足的条件并定义了S区。研究结果为建立水泵水轮机在水轮机工况的稳定运行区提供了技术支撑。     

可逆式水泵水轮机多目标优化设计及流动研究

传统水泵水轮机设计方法设计周期长、成本高,且十分依赖于设计经验。为此,介绍了一套适用于水泵水轮机设计的多目标优化设计系统,利用该优化设计系统,以叶片载荷和叶片倾角为优化变量,以水泵额定工况点的机组效率、水泵空化性能、水轮机额定工况点的机组效率及水轮机最优工况机组效率为优化目标,对某抽水蓄能电站的水泵水轮机转轮进行了优化设计,得到了优化转轮。结果表明,该系统非常适用于转轮多目标开发设计,相比于初始转轮,优化后转轮4个优化目标均得到不同程度的提升;在水轮机额定工况下转轮流线分布明显改善,有效提高了转轮叶片最低压力值。     

模型可逆式水泵水轮机S区压力脉动测试

S区特性是影响可逆式水泵水轮机过渡过程工况运行稳定的重要影响因素,通过研究模型水泵水轮机S区压力脉动可以为准确预测真机过渡过程工况下的特性奠定基础,为设计和运行提供有效指导。本文在某模型水泵水轮机特性试验的基础上,对S区包括蜗壳进口、无叶区、尾水锥管和尾水肘管等测点的压力脉动进行了测试,获得了各测点压力脉动混频幅值的分布与频率成分变化情况。测试结果表明:在等开度线上,飞逸工况时各测点的压力脉动混频幅值达到最大;同一工况点,无叶区压力脉动大于蜗壳进口压力脉动;沿流道方向,无叶区、锥管0.4D2、锥管1.0D2和肘管压力脉动依次减小;S区部分工况点存在主频为0.63fR的旋转失速频率;0.18fR频率成分广泛分布于S区内各工况点和测点中,引起这方面的原因可能是尾水管中的低频涡带、低频振荡或装置固有频率。     

水泵水轮机调相运行水环内部流动分析

水泵水轮机调相运行是抽水蓄能机组转换工况的一个重要过程,在泵工况下压水起动过程中,转轮腔体内注入压缩空气以降低泵启动所需功率。以中比转速水泵水轮机的模型为例,基于RNGκ-ε湍流模型,采用VOF多相流模型对水泵水轮机运行在泵工况压水起动阶段的水环现象进行非定常流动分析,探讨水环现象下不同冷却水流量对无叶区内部流动的影响。结果表明,空气与水在无叶区内形成明显的交界面,构成一定厚度的水环,该水环可有效阻止空气从转轮腔体内泄露至蜗壳内,起到对空气的密封作用。同时在不同冷却水流量下,无叶区内的压力脉动均呈动静干涉现象,其主频为叶片通过频率。     

基于温度体动网格方法的微弯薄翼振动问题

为研究微弯薄翼转轮在运行过程中存在的振动问题,发展基于温度体动网格模型的流固耦合算法。流体控制方程采用任意拉格朗日—欧拉方法描述下的基于特征线方程的分离算法求解,时间域采用特征线方程进行离散,动量方程采用非增量型分离算法求解。在每个时间步上采用温度体模型生成动态网格,并传递边界条件。温度体动网格方法将边界处的节点位移映射为求解域的温度边界条件,采用固体导热方程作为控制方程求解得到内部节点温度,并将其作为节点的动态位移。数值方法模拟转轮运行在工作攻角时,翼型振动存在的连锁区域。并对连锁区域的范围,涡脱落特性和翼型发生自激振动的可能性进行研究。作为对试验数据的补充,数值模拟还预测了运行在工作攻角附近情况下的连锁区域。     

混流式水轮机转轮区叶道涡压力脉动数值研究

混流式水轮机在偏离最优工况区运行时,不但在尾水管中有明显的旋转涡带,在转轮区也会有涡束沿着叶片流出,我们称之为叶道涡.随着大型混流式水轮机的广泛应用,叶道涡有可能对机组的稳定运行产生影响.本文利用数值模拟技术对某混流式模型水轮机转轮内压力脉动进行研究.研究表明:转轮区的压力脉动主要是由叶道涡诱发的,叶道涡的频率基本等于转动频率.     

基于温度体模型的动网格生成方法及在流固耦合振动中的应用

提出温度体模型动网格生成方法,并将其应用于流固耦合算法,生成物体振动过程中的动态网格。温度体模型动网格方法将运动边界的位移映射为求解域的温度边界条件,以流体能量方程或固体导热方程作为控制方程求解得到计算域内的温度分布,将求解得到的温度分布作为网格节点的动态位移。基于温度体模型的动网格方法物理意义清晰,算法实现简单,能够快速而有效地生成高品质的动态网格,特别在边界位移大的情况下与其他网格生成方法相比有较大的优势。最后采用流固耦合有限元算法求解了定浆式轴流泵强迫振动过程中连锁特性和柱体由于旋涡脱落诱发自激振动两个工程问题。其中流场采用基于特征线方程的分离算法进行求解,固体场采用Newmark方法进行求解,在计算过程中采用温度体模型生成动态网格。结果表明该发展的算法性能优异,能有效解决流固耦合中的振动问题。