贯流式水轮机活动导叶内部三维固液两相紊流研究

针对贯流式水轮机活动导叶内部固液两相亲流的三维数值模拟问题，基于N－S方程和两相紊流的。。一个模型，采用贴体坐标和交错网格系统，用SIMPLEC算法对水轮机活动导叶内部的固液两相亲流进行数值模拟，提出设计工况时活动导叶内部的两相紊流特性．得出了导叶内部流场和压力场的分布．将计算结果用Tecplot7进行处理，用图形表示其内部的流动状态和压力分布．     

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。     

导叶关闭速度对尾水管流场影响的数值模拟

在水电站的运行过程中,由于各种原因造成工况转换,在活动导叶关闭过程中,导叶的关闭速度对水压力的上升以及转速的上升有很大影响。采用软件Fluent14.0,基于动网格技术对混流式水轮机工况转换中导叶关闭过程进行瞬态数值模拟,对导叶关闭过程中尾水管内部的流场进行模拟,对比分析不同导叶关闭速度下尾水管内部流场的影响。计算结果显示在同一种导叶关闭规律下导叶关闭速度越慢尾水管中水流流态越紊乱,对尾水管的危害越大。     

导叶角度对轴流泵高效区运行范围的影响

为了研究导叶角度对轴流泵高效区运行范围的影响，采用CFD和模型试验对不同导叶角度下轴流泵水力性能进行数值模拟计算，并且进行内流场比较分析。结果表明，通过改变导叶角度后，优化导叶在设计和大流量工况下的内部流场更加均匀合理，导叶优化后的轴流泵最高效率为87.53%，与初始导叶方案相比，配优化导叶的轴流泵高效区运行范围扩宽了近1.36倍。最后通过模型试验对比分析，验证了数值计算的可靠性。研究结果可为提高轴流泵高效区的运行范围提供参考。     

高扬程大流量离心泵导叶优化及流动特性研究

为使离心泵满足高扬程大流量抽水的需求,设计了一种高效率的高扬程大流量的导叶式离心泵,并对其内部流场进行分析。为了提高效率,采用CFD数值模拟方法对设计得到的离心泵进行单因素试验,通过试验优选出了导叶形式、导叶入流角角度以及导叶数量。实践证明:优化后离心泵的效率提升了5.01%且具有较宽的高效区;同时,流场分析结果发现:小流量工况与大流量工况时离心泵内部流场流态呈现为不同的趋势,在小流量工况下,漩涡往往小而密集;而在大流量工况时则表现为大而疏散。研究结果可为今后导叶式离心泵的研究和设计提供一定的参考。     

水轮机引水部件的优化设计

以水轮机引水部件的水力损失为目标函数，对蜗壳断面面积，固定导叶，活动导叶叶型及周向相对位置进行了优化计算，计算结果表明效果较好。     

混流水轮机导叶出口流场的压力 脉动数值分析

利用三坐标测量仪及相应测绘方法对HL160-LJ-25模型水轮机过流部件进行了测量,得到过流表面数据,构建了水轮机各个部件的几何模型;采用CFD及其滑移网格技术,对模型水轮机整机内部流动进行了三维定常和非定常湍流计算,重点研究了导叶出口与转轮进口之间的动静干扰影响下的流场特点,从空间和时间两个方面分别提取压强变化信息,分析得知该区域内压强的变化在空间和时间上均呈现周期性变化规律。分析结果对改善水轮机性能具有重要的指导意义。     

黄河小浪底水力发电机组转轮活动导叶表面防护设备工艺

水轮机过流部件中，转轮和活动导叶的流体磨损，汽蚀损伤是最严重的，尤其在高泥沙含量中工作的水轮发电机组。为保障水轮机发电机组的安全运行，对转轮和活动导叶防护技术的研究十分重要。     

导叶开度对水泵水轮机泵工况导叶区流场影响的试验研究

针对活动导叶开度对水泵水轮机泵工况导叶区流场和模型性能的影响,在高精度模型通用试验台上对一低比转速模型水泵水轮机导叶区的流场运用粒子图像测速(PIV)系统进行了测量。测量结果显示,同一开度下随着流量减小,无叶区内的流速出现增大的趋势;同一流量随着开度的减小,导叶前流速明显增大,模型效率下降。模型试验在转轮无空化条件下进行,但在8 mm开度83%最优流量工况,由于流速高、冲角大,造成位于高压侧的导叶头部发生了明显的绕流空化现象,并引起了固定导叶流道宽频带的压力脉动。研究成果可为水泵水轮机的优化设计和安全稳定运行提供试验依据。     

低比转速导叶式混流泵水力性能分析

为了研究低比转速导叶式混流泵的水力性能,本文基于三维湍流流动雷诺时均N-S方程及SST k-ω 湍流模型对该泵内部三维流动进行定常数值计算.给定不同流量,分别计算分析混流泵的扬程、效率与流量的关系,预测水泵能量特性,并分析该混流泵在五个典型流量工况下各过流部件的水力损失及流场特性.结果表明,小流量工况,导叶区的流动分离...     

低水头混流式水轮机的改造

在所有混流式水轮机项目中，低水头下运行的混流式机组的改造有一些特殊的问题。最近，阿尔斯通公司发电部为美国的几个改造项目进行了特殊设计。本文论述采用的方法，讨论水轮机的各个部件(蜗壳、固定导叶、活动导叶、转轮和尾水管)。     

离心泵内部流场的数值模拟研究

计算流体（CFD）技术已经成功地运用于离心泵内部湍流流动的数值模拟。通过实体建模，为某型号离心泵添加固定导叶，然后运用ANSYS软件，基于标准k-ε模型，对离心泵内部流场进行数值模拟，并对添加导叶前后的压力、速度矢量图以及效率与实际的试验数据进行比较。结果发现，添加固定导叶后，出口压力明显增大，液流流动更加均匀，效率也得到大幅提升，而且与实验结果也比较吻合。研究结果进一步验证了仿真模拟的可靠性，同时也为实体泵优化和进一步提升效率研究提供理论参考。     

运行工况对水轮机活动导叶表面泥沙浓度分布的影响

采用标准k-ε模型对水轮机内部沙水流动进行数值模拟,研究了不同工况下映秀湾电站活动导叶泥沙分布情况。研究结果表明,活动导叶磨损主要集中在头部且工作面比背面磨损量大,泥沙颗粒在活动导叶底部有堆积。活动导叶泥沙绕流速度分布规律相似,并随着出力的增加头部绕流速度明显增大。     

运西水电站竖井贯流式水轮机性能优化

采用雷诺时均方程(RANS),选择S-A湍流模型,运用SIMPLEC算法,利用CFD数值模拟技术,数值模拟了不同方案的运西水电站水轮机流道内流场,分析了转轮直径、叶片翼型、叶片个数、叶片安放角、转轮轮毂、转轮转速、导叶翼型、导叶轴线与机组中心线夹角、导叶个数、叶片及导叶安装位置、导叶开度对水轮机性能的影响,叶片数为3时水轮机装置性能较优,机组最高效率点分别在转速为187.5r/min、导叶个数为15时出现。对原有流道可改变部件做适当优化后,将优化后的转轮应用于电站进行数值计算,根据全流道的数值模拟结果,预测电站改造后机组的水力性能。根据数值计算的结果制作模型水轮机和真机进行模型试验和真机测试。结果表明,数值模拟结果与模型实验以及现场运行结果曲线的变化趋势一致,数值模拟结果基本能够准确反映电站的外特性和内部流场特征。     

低水头混流式水轮机的修复

安装有混流式水轮机的所有水电工程，在低水头下运行时的修复存在一些特别重要的问题。最近，阿尔斯通电力公司为几个美洲的修复工程研究了一些特殊的设计。介绍了所采用的方法，并对水轮机的各个部件(蜗壳、固定导叶、活动导叶、转轮和尾水管)一一作了论述。     

高水头混流式水轮机内部固液两相流数值分析

针对泥沙直径对混流式水轮机蜗壳和导水机构内部流场产生影响的问题进行了初步研究,采用固液两相流模型对某电站的高水头混流式水轮机进行了全流道数值模拟,通过单一变量法来研究不同来流泥沙的直径对蜗壳和导水机构内部压力及泥沙分布产生的影响。研究结果表明:与清水相比,含沙水流会不同程度地使蜗壳和导水机构内部的水压力载荷增加,在相同工况下,蜗壳底部、蜗壳鼻端、固定导叶和活动导叶头部的泥沙浓度较大;小直径下泥沙分布均匀,随着泥沙直径的增加,泥沙浓度的梯度变大,泥沙分布更加集中,从而会使磨损加剧。该研究成果可为在含沙水流中运行的水轮机设计提供参考。     

碳化钨热喷涂工艺在转轮活动导叶表面防护的应用

水轮机过流部件中,转轮和活动导叶的流体磨损,汽蚀损伤是最严重的,尤其在高泥沙含量中工作的水轮发电机组。为保障水轮机发电机组的安全运行,对转轮和活动导叶表面防护技术的研究十分重要。     

导叶双列叶栅位置对水力性能的影响

基于N—S方程和标准κ-ε紊流模型，用数值模拟的方法分析了固定导叶和活动导叶的相对位置关系对水力性能的影响；主要分析了固定导叶出流角与活动导叶进水角的匹配关系，活动导叶的三种不同位置的速度矢量和压力分布，活动导叶的几何出水角与水流角的关系，在分析了三种不同位置时的水力损失后，给出了固定导叶与活动导叶的最佳位置关系，提出了双列叶栅设计时的最优设计参数。     

高水头多泥沙电站水轮机导叶的泥沙磨损研究

高水头多泥沙电站水轮机活动导叶是泥沙磨损最为严重的部件。采用k-ε固液两相湍流模型和Sample算法,对水轮机全流道的流动进行数值模拟,并采集电站前池沙样,对水轮机导叶进行了泥沙磨损试验。计算结果表明,活动导叶上泥沙浓度最大位置在5%～10%弦长处,最大泥沙速度出现在20%弦长附近。试验结果表明,泥沙磨损较严重处为活动导叶头部,磨损最严重处在20%弦长附近,泥沙速度对活动导叶磨损影响很大。     

水轮机活动导叶材料与制造工艺

为进一步探究水轮机导叶部件材料的选择和制造工艺的发展,一方面从导叶在水轮机组中的作用、使用工况、技术要求着手,另一方面从导叶材料的开发、研究和制造工艺技术的进步两个大的方面进行了阐述。导叶材料从最初的碳素钢、低合金钢逐步发展为普通马氏体不锈钢、低碳不锈钢直到现在的超低碳不锈钢;制造工艺也从最初的铸造一种方式发展出了锻造、焊接和电渣熔铸(ERS);不同的水力条件和项目用途决定了不同的机组形式,也决定了导叶部件不同的形状和尺寸结构;不同材料适合不同的使用工况,不同的制造工艺适合不同导叶结构和形状。用户和产品设计人员可以根据探究的结果进行导叶部件材料的选择和制造工艺的设定,研究结果可为水轮机设计和使用提供有益的参考。