Parametric optimisation of two Pelton turbine runner designs using CFD

This paper aims to develop a generic optimisation method for Pelton turbine runners using computational fluid dynamics(CFD). Two different initial runners are optimised to achieve more generic results. A simple bucket geometry based on existing bibliography is parameterised and initially optimised using fast Lagrangian solver(FLS). It is then further optimised with a more accurate method using ANSYS Fluent. The second geometry is a current commercial geometry with good initial performance and is optimised using ANSYS CFX. The analytical results provided by CFX and Fluent simulations are used to analyse the characteristics of the flow for different runner geometries.     

冲击式水轮机调速器的并联调节结构

冲击式水轮机调速器的发展经历了机械液压型、微机电液型，其系统结构在发展、调节性能在不断提高。现介绍并联结构的冲击式水轮机调速器及其在威盛电站的应用。图5幅。     

小牛颈电站水斗式水轮机的设计

目前,国外水斗式水轮机发展迅速,正朝大容量高比转速方向发展,机组最大容量已超过300MW,使用水头最高达1767m;世界上转轮尺寸最大的水斗式机组是美国新高尔盖特电站,转轮直径达5．44m。与世界先进水平相比,我国水斗式水轮机研制工作起步较晚,发展慢,单机容量小（均在100MW以内）,水头最高的电站是天湖电站,水头为1022．4m。对于中小型水轮机制造厂来说,     

140MW冲击式水轮发电机组结构特点

金窝水电站140MW冲击式水轮机是目前国内制造的单机容量最大的冲击式水轮机,也是目前亚洲单机容量最大的冲击式水轮机,主要从水轮机、发电机、进水球阀三方面介绍该机组的主要结构特点。     

冲击式水轮机组设计的一些问题及对策

以湖南阳明山水电站及广西桂林银河水电站等电站的设计为例,论述了冲击式水轮发电机组在设计、实际运行过程中经常出现的一些问题,分析了该类型机组出现这些问题的原因,并提出了解决措施。     

冲击式水轮机喷射机构泥沙磨损特性的数值模拟

为分析泥沙颗粒的直径及浓度对喷射机构磨损位置和磨损率的影响,基于Fluent平台对模型冲击式水轮机的喷射机构进行了三维建模,在水气两相流非定常计算稳定的基础之上,加入离散相,应用基于颗粒轨道的欧拉-拉格朗日法对水气沙三相进行了非定常数值模拟。在泥沙体积分数为1%的条件下,泥沙径粒分别取0.01、0.05、0.4和1 mm;在泥沙径粒为0.05 mm的条件下,泥沙体积分数分别取1%、2%、3%、4%和5%。结果表明,喷嘴出口处的压能大部分转化为了动能,且喷嘴出口处出现了负压;随着泥沙径粒的增加,泥沙的随流性会变差;泥沙径粒影响喷嘴的磨损范围,但喷嘴表面的磨损位置是相似的;喷针头部的针尖位置更容易受到细小颗粒的磨损,且喷针的过渡段磨损与径粒大小呈正相关;喷射机构受到的最大磨损率随泥沙浓度的增加而增大;在同一泥沙浓度下,喷嘴受到的磨损要大于喷针;泥沙浓度的增加会使喷嘴、喷针的磨损率增加,但泥沙颗粒的运动轨迹及喷针磨损的位置是相似的。     

大型水斗式水轮机配水环管水力性能数值模拟

采用商用CFD数值模拟软件对大型水斗式水轮机配水环管的水力性能进行数值模拟研究。模拟结果表明,从配水环管进口到距进口渐远的各出口的水力损失具有逐渐增大的趋势,而且从进口到各出口的平均水力损失随着流量的增大而增大。根据实际需要,对配水环管出口不同的开启组合方案进行模拟,比较后得出性能较优的组合方案,可为指导电站的高效运行提供依据。     

灯泡贯流式水轮机CFD解析及转轮技改

以广西桂平航运枢纽水电站水轮机转轮技改为例,从转轮的水力设计、结构设计等方面,阐述灯泡贯流式水轮机CFD解析、优化及转轮改造技术,总结东芝水电在机组改造方面的成功经验。     

轴流式水轮机模型飞逸过程三维湍流数值模拟

通过作者建立的非稳态过程三维湍流数值模拟方法,模拟了轴流式水轮机模型飞逸过程,并进行了其三维数值湍流计算,获得了机组到达最大转速时所需时间、最大飞逸转速值、飞逸过程内特性流场演变规律以及转速、流量、力矩与测点静压随时间变化的曲线。计算结果表明,所得最大飞逸转速与试验值非常接近,误差在1.5%以内;所得力矩及流量等外特性参数变化过程均符合高比转速水轮机理论特性;当转速增大到某一数值之后,尾水管水力稳定性急剧恶化是引起机组振动的主因。     

水轮机设计及改造最新技术——CFD技术

文章就当今水轮机设计及改造中采用的最新技术CFD技术－计算机模拟流态分析技术作了概要说明，它给了我们一种全新的水轮机设计理念；同时对水轮机模型试验中CFD技术的应用－NTS（数字试验台），作了说明与介绍。随着计算流体力学及大功率计算机的发展，此项技术正在成为水轮机设计与改造的主流。     

基于CFD混流式水轮机转轮空化及涡旋流动数值模拟

采用RNK湍流模型和压力速度耦合的SIMPLEC算法,基于欧拉-欧拉方法中均匀多相流假设的混合两相流体无滑移模型,选用Schnerr and Sauer空化模型,对混流式水轮机转轮进行三维空化湍流数值模拟。利用ANSYS CFX,通过转轮的汽含率云图、流线图、turbo面分析以及转轮进出口压力、速度曲线分析,获得了该水轮机在大开度、小开度下的转轮、叶片以及泄水锥的空泡、涡旋黏度等主要流动特征。计算结果表明:大开度和小开度对转轮的空化影响不同,存在一定规律,即大开度下空化严重而范围比较集中;小开度下空化较轻但发生范围较广;大开度下涡旋黏度偏大,则空泡不宜脱流,即不容易在叶片上产生漩涡;小开度则涡旋黏度小,即叶片上漩涡明显。     

基于CFD的混流式水轮机全流道三维数值模拟

基于CFD计算软件，以N—S方程为控制方程，采用Sparlan—Allmaras湍流模型和结构化网格，对蜗壳、固定导叶、活动导叶、转轮及尾水管等过流部件进行了全过流部件的三维数值模拟。利用NUMECA自带后处理模块．通过流场分析原转轮流道内速度矢量分布和静态压力分布。解释了设计中不足及由此产生的过流能力差和效率低等问题。据此在不改变其他过流部件的前提下．提出了对转轮进行了改造的措施，经证明取得良好的效果。     

几种水轮机微机调速器的浅析

文中主要通过对目前水电行业主要三类调速器：电液伺服阀类、比例伺服阀类和电机类调速器的构成、原理进行分析和比较,提出步进电机类调速器较其它调速器更有一定优越性,符合计算机控制技术的发展方向.     

基于CFD数值模拟对水轮机尾水管泄水槽涌动现象的改造

对广安高桥电站原型混流式水轮机尾水管及底部泄水槽进行了三维非定常湍流数值计算,得到了泄水槽的非定常流场,对内部的涌动现象进行了流场模拟.通过CFD数值模拟分析看出,原电站的尾水管泄水槽涌动现象严重,影响了该电站的出力和效率的提高,并提出了改进方案.     

基于转轮换型的水轮机增容改造

对新旧型谱系列模型转轮的性能进行分析，结果表明：D06A转轮过流能力远大于HL160转轮，能量特性及空化特性同样优于HL160转轮，但对同一导水机构D06A水轮机导叶，最大开度比HL160要大。由流道对比可得出，两种转轮互换性很强。实践证明，用D06A转轮替代HL160转轮可增容20％。     

模型溢流反弧的激光测速与紊流过渡区的边界层特性

本文利用激光测速仪对３种不同粗糙度，２种反弧半径的溢流反弧段的水流流速进行了测量，对边界层特性进行了分析研究．试验分析认为，水流流态，壁面粗糙度和壁面曲率对边界层特性有明显的影响     

Design and development of guide vane cascade for a low speed number Francis turbine

Guide vane cascade of a low speed number Francis turbine is developed for the experimental investigations.The test setup is able to produce similar velocity distributions at the runner inlet as that of a reference prototype turbine.Standard analytical methods are used to design the reference turbine.Periodic walls of flow channel between guide vanes are identified as the starting profile for the boundary of the cascade.Two alternative designs with three guide vanes and two guide vanes,without runner,are studied.A new approach,for the hydraulic design and optimization of the cascade test setup layout,is proposed and investigated in details.CFD based optimization methods are used to define the final layout of the test setup.The optimum design is developed as a test setup and experimental validation is done with PIV methods.The optimized design of cascade with one guide vane between two flow channels is found to produce similar flow conditions to that in the runner inlet of a low speed number Francis turbine.     

不同臭氧接触池性能的CFD模拟

利用计算流体力学(CFD)技术,通过对不同结构臭氧接触池流场的模拟和累积停留时间的计算,分析研究了不同结构臭氧接触池的性能。结果表明:接触池内存在明显的回流现象和短流现象,当在接触池内增加挡板后回流区域和短流现象都有减弱。尽管有竖直挡板时和没有竖直挡板时臭氧接触池的流场不同,但是它们的停留时间分布差别较小,这说明停留时间分布不只是受到流场的单一影响。但是在水平方向增加挡板后,对停留时间分布产生很大影响:停留时间的分布范围变小,T10值得到明显提高。     

The prediction of solute transport in surcharged manholes using CFD.

Solute transport processes occur within a wide range of water engineering structures, and urban drainage engineers increasingly rely on modelling tools to represent the transport of dissolved materials. The models take as input representative travel time and dispersion characteristics for key system components, and these generally have to be identified via field or laboratory measurements. Computational Fluid Dynamics (CFD) has the potential to reveal the underlying hydraulic processes that control solute transport, and to provide a generic means of identifying relevant parameter values. This paper reports on a study that has been undertaken to evaluate the feasibility of utilising a CFD-based approach to modelling solute transport. Discrete phase modelling has been adopted, as this is computationally efficient and robust when compared with the time-dependent solution of the advection-dispersion equation. Simulation results are compared with published laboratory data characterising the dispersion effects of surcharged manholes, focusing specifically on an 800 mm diameter laboratory manhole for a flowrate of 0.002 m(3)/s and a range of surcharge depths. Preliminary indications are that the CFD results adequately replicate the measured downstream temporal concentration profiles, and that a threshold surcharge depth, corresponding to a change in hydraulic regime within the manhole, can also be identified.