一种新型水滴迷宫式调节阀流场特性研究

针对超(超)临界工况下调节阀压降大、流速高的特点,以传统迷宫碟片式调节阀为基础,提出一种新型水滴迷宫式碟片调节阀。利用Fluent软件进行数值模拟,研究阀门在不同开度下的流通性能及不同水滴级数对阀门降压控速能力的影响。研究表明,新结构碟片流通性能良好,可以满足阀门工作条件要求,增加水滴级数会降低阀门流通性能;随着水滴级数的增加,各级水滴间的压降和阀内流速均呈现减小的趋势,五级水滴介质平均压降为5.08MPa,比二级水滴降低了6.26 MPa;最大速度为108m/s,降低了40%;碟片流道出口处存在气蚀现象,水滴级数的增加可减小气蚀区域。     

多级降压调节阀结构改进与两相流模拟

针对传统串级式降压阀芯加工难度大的问题,提出了一种改进的多级降压阀芯结构,并通过流量试验得到结构改进后的流量控制范围和流量特性。基于FLUENT软件提供的标准k-ε湍流模型和欧拉模型,对改进后的多级降压调节阀进行气液两相流模拟,分析进口气相体积分数对其流量系数和流量特性的影响。结果表明：改进后的多级降压调节阀可拥有不同的流量调节范围;当阀内处于气液两相流状态时,会在各级降压区域内形成气囊,减小调节阀在各开度下的流量系数,但仍能保持等百分比流量特性。     

常规岛凝结水调节阀在小流量工况下的流场特性研究

为研究小流量工况下常规岛凝结水调节阀内部流场特性及能量耗散过程，以某新型国产调节阀及其管路系统为研究对象，建立三维瞬态仿真模型。选择电厂实际运行中存在工况，分析和探讨小流量工况下的调节阀流动特性，并通过速度功率谱密度对可引起调节阀流致振动的流场激振力进行研究。结果表明：多级套筒孔式结构为调节阀的主要压降机构，且各级槽道承担压降不均匀，其中第Ⅰ级承担压降份额最大，约为总压降的70%,并逐级递减；随着阀门入口压力上升，最大流速逐渐增大，流场稳定性下降，但整体流场分布相似；新型国产调节阀设计的迷宫环路使得不同槽道间的流体相互掺混，能量不断耗散，流场均匀性增强，有利于流场稳定；调节阀流体激振力主要在多级套筒孔式结构附近及内部迷宫环路，其中环路部分的振动强度和频率均高于相邻槽道，振动均为低频振动，集中在0～20Hz的低频波段，其可造成流致振动和阀内噪声。     

明流泄洪洞弯道水流特性试验研究

某水库泄洪洞弯道水流流态极差。针对此问题,在弯道段加设5道斜导流坎,很好地解决了水流流态差的问题,但在斜导流坎的右边侧壁、导流坎后面的底板及导流坎的顶部出现负压,且负压值很大。工程最终采用限制泄洪洞下泄最大流量,由原来的346.74 m3/s减小到266.68 m3/s,即闸门由原来的3.2 m全开下压至2.8 m局开,水流流态得到了改善。     

导流罩对潮流能水轮机效率提升分析

设置导流罩能提高潮流能水轮机效率,缩小转轮尺寸,降低机组造价。为了揭示导流罩聚能增效机理,采用VOF两相流模型对竖轴直叶潮流能水轮机进行三维模拟分析。即先根据模拟对象计算无导流罩情况下水轮机效率与尖速比的关系曲线,并对比加装导流罩前后的流态变化;然后分析导流罩各体型参数对水轮机获能效率的影响,通过正交分析得到使水轮机效率最高的体型。研究表明,导流罩通过提高转轮下游盘面流速来提高水轮机获能效率,其中导流罩喉部宽度对水轮机效率影响最大。     

杨房沟水电站初期导流模型过流试验

杨房沟水电站工程施工导流采用围堰断流、隧洞导流方式,为进一步掌握施工初期导流阶段的水流条件,确定围堰和坝体的施工安全,进行了初期导流模型试验研究。通过模型试验,测试了导流隧洞的泄洪能力、水流流态、空化数及下游流速与河床的冲刷情况,验证导流隧洞过流安全。根据模型试验结果,进一步优化了围堰堰顶高程与导流隧洞进口的进水条件,为工程初期导流设计与施工组织提供了重要的指导作用。     

燃煤电厂低温省煤器烟道流场优化

采用计算流体力学(CFD)方法,对某300 MW燃煤电厂BRL工况下的低温省煤器烟道流场进行数值模拟,诊断其流场紊乱的原因。分析导流形式对速度及飞灰均匀性的影响,提出空间允许条件下的3种烟道改造方案。结果显示：方案一～方案三中烟气流量差分别降至10%、2%和6%,低温省煤器入口平均流速降至6～7 m/s,烟道阻力减小约220 Pa。方案三采用流线型分流烟道,达到低温省煤器入口最大流速8 m/s、截面流速偏差低于12%、飞灰分布均匀的效果,明显改善了低温省煤器入口烟气流动均匀性,避免换热管屏发生积灰、磨损现象。     

连杆轴承润滑空化过程动态仿真与抑制

以某重型柴油机的连杆轴承为研究对象,引入运动边界和动网格smoothing网格光顺方法来探究不同入口条件对油膜空化现象的影响,研究了用于抑制轴承润滑空化现象的轴瓦开槽方法,对比开槽数量、深度及开槽形式对抑制油膜空化现象的影响．研究发现,润滑空化的范围和程度是一个动态变化的过程,引起空蚀的并非在空化形成阶段,而在空化溃灭的过程中．因而如果空化现象频繁发生和溃灭,相比持续存在的稳定空化状态,将更易破坏轴瓦表面,引发明显空蚀现象．由于重型柴油机的连杆轴承润滑油来自于主轴承,连杆轴承润滑油入口压力存在显著波动,导致空化程度波动剧烈,进一步恶化空蚀现象,这也解释了重型柴油机连杆轴承穴蚀损伤往往更甚于主轴承．通过轴瓦开槽可以有效缓解空化,从而达到抑制空蚀的效果;增加开槽数目和深度都可以强化抑制效果,但提升的程度有限．相比全槽模型,半槽模型可以强化油膜的轴向流动,对空化的抑制效果更好,可将油膜的气相体积分数最高值从0.94(未开槽)降至0.39．考虑到轴瓦的厚度与强度需求,选择适当槽深的半环单槽即可有效地抑制轴承运动过程中油膜的空化现象．     

超深层挡水放空洞复杂体型高速水流水力特性数值模拟

针对某水电站超深层挡水放空洞复杂体型,利用3D紊流数值模拟方法,采用VOF方法追踪自由水面,对泄流能力、沿程水面线、流速、压强等水力特性进行了数值模拟分析。结果表明,该放空洞结构泄流能力满足设计要求,设计体型基本合理,有压洞转弯段出现严重的偏流,需对该段体型进行优化;弧形闸室后部两侧突扩结构最小负压0.1MPa,结构易发生空化空蚀,建议减小突扩结构尺寸,延长侧墙长度,尽量减小侧墙坡度;消能工段出口底板部位最小负压为0.1MPa,建议取消挑坎末端水平段,使水流直接挑出。     

溢流面板坝泄槽流激振动特性研究

针对溢流面板坝泄槽流激振动性能复杂的特征,基于ABAQUS建立了某溢流面板堆石坝的三维仿真模型,通过Matlab自编程序构造脉动压强时域激励荷载,采用时域分析法分析了不同流速条件流激振动作用下系统的模态和关键部位的应力应变情况。结果表明,在流激振动作用下,泄槽流速对溢流面板坝系统模态及泄槽底板接缝处的变形和关键部位的拉应力影响较大,特别是当流速大于40m/s时,系统基频下降速率较快,坝料弹模及泄槽板厚对系统基频影响较大,容易受水流激励影响诱发共振破坏,同时变形及拉应力明显增大,容易导致底板结构振动破坏,可通过提高坝料弹模及增大泄槽板厚来增强系统结构抵抗流激振动作用的稳定性。研究成果可为同类坝型泄流状态的安全评估及施工设计提供指导。     

600MW超临界CFB垂直并联内螺纹管两相流压力降不稳定试验研究

在600 MW超临界CFB水冷壁变负荷实际运行条件下,以水冷壁实际采用的Φ28.6×5.8 mm的4头内螺纹管为研究对象,在高压汽水两相流回路上对垂直并联管中汽液两相流压力降型不稳定进行了试验研究.确定了压力、质量流速、进口过冷度以及上游可压缩容积对垂直并联内螺纹管两相流压力降型脉动的影响.结果表明,随压力增大,发生脉动的临界热负荷增加,界限干度逐渐升高,系统稳定性增强,脉动周期先变长后变短,脉动的振幅逐渐减小.本试验中,当压力P＞6 MPa时,就不再有压力降脉动发生;随着质量流速的增加,脉动发生的界限热负荷升高,而脉动的周期减小;进口过冷度对密度波脉动呈现单值性影响,随进口过冷度增加,界限热负荷单调增加,界限干度的变化表现出不同的趋势,在较低的质量流速下,随着过冷度的增加,界限干度单调下降;在较高的质量流速下,随着过冷度的增加,界限干度单调上升;上游可压缩容积对界限热负荷的影响较小,随充气比的增大,脉动的周期和幅值逐渐增大.     

1000MW超超临界锅炉水冷壁壁温计算

采用分区计算简化大容量高参数超超临界锅炉炉内辐射、对流传热模型,研究炉膛水冷壁热负荷及壁温的空间分布情况,并与试验数据进行了对比,计算结果与试验值之间的偏差较小,最大为5.72%.该模型与算法可给出不同锅炉负荷条件下,水冷壁壁面热负荷与壁温沿炉膛宽度方向的分布规律.结果表明,水冷壁热负荷与壁温均呈现出中间高两端低的弧形分布.四角切圆燃烧锅炉火焰位置对炉内传热有很大影响.模拟计算可为超超临界锅炉的运行提供参考,预测了在材料允许温度范围内,火焰中心偏斜最大不超过2 m.     

600MW超临界压力直流锅炉启动工况水动力稳定性分析

文中介绍正在研制的国产600MW超临界变压运行直流锅炉水冷壁结构特点和启动过程。通过理论分析，得到了分析水冷壁水动力稳定性的准则方程式。根据锅炉的实际运行工祝，在高压汽水两相试验台上，进行了螺旋管圈水冷壁倾斜管中水动力不稳定性的试验研究。其参数为P＝2～4MPa，质量流速G＝600～1200kg/m2s，入口过冷度△tsub=10～120°C，热负荷0～650kw／m2，管径20×2mm，螺旋升角α＝14°。在上述参数范围内，研究了压力、质量流速、入口过冷度、热负荷及热负荷分布、进口和出口节流、可压缩容积对螺旋管圈水动力不稳定性的影响。由试验得出的计算公式，分析计算了锅炉水动力稳定性边界，在最小直流工祝时可能会出现压力降型脉动。     

导流条长度对管道双车车间断面水力特性的影响

导流条对水流具有较强的导向作用,对管道内水流流态影响较大。为探究筒装料管道运输中导流条长度对管道双车车间断面水力特性的影响,通过物理试验和理论分析研究车间断面的流速场和涡量场。结果表明,水流经导流条后由稳定管流变为螺旋流,导流条越长,轴向流速越小;周向流速随着导流条长度的增加而增加,其大小与轴向流速为同一量级;径向流速的分布比较紊乱,在轴心处大部分为负值,在管壁处大部分为正值;断面平均涡量随导流条长度增大而增大,涡量大小关于中轴线对称分布,但方向相反。     

长短叶片水轮机转轮气液两相流的数值模拟

为降低水轮机运行过程中的空化现象并提高经济效率,以长短叶片混流式水轮机HLA351 LJ 170原型机为研究对象,采用完整的空化流模型和商用CFD软件FLUENT中的Mixture多相流无滑移模型,在大流量工况下对长短叶片混流式水轮机进行了气液两相流数值模拟。计算结果表明,该工况下长短叶片水轮机转轮流速、压力分布合理,水力性能较好。由此预测了长短叶片水轮机空化发生的部位和程度,对水轮机优化设计或改型等具有重要的指导意义。     

电除尘器内部流动特性的数值模拟

针对电除尘器内部流场运动规律,采用基于有限元法的COMSOL软件对电除尘器三维模型进行数值模拟,分析了主流速度和电流体动力学(EHD)流对电除尘器内部流场的影响。通过泊松方程与电流连续性方程耦合模拟电晕放电,采用稳态不可压缩Navier-Stokes方程和标准k-?湍流模型求解气流流动,运用流体流动粒子追踪模块模拟粒子运动轨迹。结果表明:随着通道入口流速的增大,二次EHD流影响逐渐减小,主流流速达到1 m/s时,EHD流影响消失,主流速度占据主导地位;对于1μm粒径的粒子,随着入口流速从0.3 m/s提升到1 m/s,收集效率由48%降低到15%;有无EHD流对于粒径小于10μm粒子收集效率的影响可忽略不计。     

锥阀空化现象研究及结构优化

为研究锥阀空化现象,运用ANSYS Fluent流体力学有限元计算软件,分析锥阀在内流和外流两种情形下的流场,得到锥阀在内流和外流两种流动方式下空化区域0~3s内气体的体积分数。计算对比发现,在液体流速和压力的突变区域空化现象明显,外流较内流空化区域大,空化程度比内流严重。为降低空化现象对锥阀型腔造成的损伤,优化锥阀型腔阀芯结构,优化模型1可避免内流时空化的发生,优化模型2在内流和外流情况下均能有效避免空化的发生,优化模型2的结构形式更为合理。研究成果可为锥阀设计提供参考。     

发动机连杆轴承摩擦润滑过程动态仿真研究

以某重型柴油机的连杆轴承为研究对象，通过仿真计算发现Singhal、Schnerr and Sauer及Zwart-Gerber-Belamri这3种空化模型中，Singhal模型对峰值压力更敏感，用该空化模型探究了进油口位置对空化范围的影响及轴颈和轴瓦之间径向相对运动对油膜空化的影响。结果表明：对于稳态计算模型，沿着轴颈转动方向，最小油膜厚度下游侧出现显著的空化现象，且空化范围受到最小油膜厚度和进油口之间范围的影响；而在动态仿真过程中，当轴间隙减小时，峰值压力逐步增加，在最小轴间隙（1μm）处达到最大（187 MPa）；当轴间隙增大时，峰值压力突降，此时在最小油膜厚度下游处将发生显著空化；空化主要发生和消失的过程均发生在轴颈远离轴瓦的过程中，其中当轴间隙约为40μm时空化最为剧烈；随着轴间隙进一步增加，空化程度逐渐减弱，在轴间隙约为110μm时空化消失。     

高效宽负荷率超超临界锅炉垂直管圈水冷壁在低质量流速下的传热特性

在压力p=21~29.8 MPa、质量流速G=600~1 100kg/(m~2·s)、热负荷q=330~793kW/m~2工况范围内,对低质量流速优化内螺纹管的传热特性进行了实验研究,并根据实验数据得到了近临界压力区和超临界压力区的传热实验关联式.结果表明:在近临界压力区,亚临界部分的传热特性好于超临界部分的传热特性,质量流速增大能推迟传热恶化,热负荷增大则使传热恶化提前发生,内螺纹管抑制膜态沸腾(DNB)的能力有所减弱;在超临界压力区,压力越低,大比热容区内强化传热作用越显著,在其他条件一定时,超临界水的热物性变化对管内传热的作用由质量流速和热负荷共同决定;质量流速不变,继续增大热负荷,大比热容区内的传热将由强化转变为恶化.     

燃准东煤锅炉辐射受热面的灰沉积特性

建立了与气固两相流动燃烧模型相耦合的飞灰沉积模型,对一台660 MW超临界锅炉燃用准东五彩湾煤时的飞灰沉积特性进行了数值模拟,并且讨论了烟气流速和灰颗粒粒径对飞灰沉积速率的影响规律.结果表明:在BMCR工况下,炉膛辐射受热面上的飞灰颗粒沉积分布主要集中在高度为30～45 m处的区域,且各墙的沉积分布规律呈现出相似性;烟气流速为9.5～12.5 m/s时,辐射受热面上的飞灰沉积速率与烟气流速成正比;烟气流速大于12.5 m/s时,辐射受热面上的飞灰沉积速率与烟气流速成反比;辐射受热面上飞灰颗粒的沉积速率的整体变化趋势是随灰颗粒粒径的增大而增大的.