超低水头两叶片灯泡贯流式水轮机流动特性数值模拟研究

鉴于大力开发超低水头(H＜5 m)水力资源能有效缓解我国能源短缺的问题,基于ANSYS Workbench平台,对两叶片灯泡贯流式机组进行最小水头、额定水头及最大水头下的数值模拟计算.结果 表明,在最大水头下,转轮叶片和尾水管极易发生空蚀破坏;导叶与转轮、转轮与尾水管间的动静干涉是造成流道内压力脉动的主要原因,而尾水管...     

混流式水轮机转轮内部流动的准三元有限元解

本文介绍了用有限元法进行水力机械转轮内部流动的准三元计算方法。推导了对水力机械更为适用的S_1和S_2流面的普遍方程。对一高比转速混流式水轮机转轮,进行了包括上冠和下环在内的5个S_1流面的计算,用S_1流面的解构造一个中心S_2流面进行迭代求解。给出了详细的计算结果。     

模型水轮机转轮出口处几何参数的算法及应用

基于水轮机流量调节方程及单位参数的定义,导出了具有线性特性的水轮机特征方程.在此基础上,采用线性数据拟合方法,并利用模型水轮机综合特性曲线,求出了水轮机转轮出口处的平均过流断面面积和平均半径等几何参数,能用于使用内特性法研究水轮机的过渡过程及近似求出模型水轮机出口处的平均流速和扩展水轮机的高效率区域特性曲线.     

基于CFD的长短叶片水轮机转轮研究

以混流式水轮机HLA351为原型,基于商业CFD软件FLUENT,采用Realizable k-ε双方程湍流模型和三维时均N-S方程,对长短叶片结合、长叶片、短叶片三种混流式水轮机在额定流量工况下三维湍流数值进行了模拟研究,获得了各水轮机全流道的流速和压力分布.计算结果表明,在相同情况下,长短叶片结合的水轮机较常规转轮的流速和压力分布更合理、性能更优,为水力机械的设计或改型优化设计等研究提供借鉴.     

双级贯流式水轮机一级叶片轮缘间隙流动的数值模拟

基于N—S 方程、κ-ε湍流模型和MRF法,在额定工况下对双级贯流式水轮机一级叶片不同的轮缘间隙进行了全流道数值模拟,采用分块网格技术对流道划分网格并对间隙进行加密处理,应用SIMPLEC算法进行近似数值模拟计算,分析了轮缘间隙对水轮机性能、叶片表面流动及间隙流动影响。通过对水轮机间隙流动的定性分析与定量计算,揭示了双级贯流式水轮机一级叶片轮缘间隙内流动规律。     

基于固液两相流动的低比转速混流式水轮机转轮内部流场模拟

以云南省境内某调峰调频电站的低比转速混流式HLA351水轮机为原型,利用软件Pro/E对其转轮进行三维实体建模,采用混合四面体非结构网格对转轮模型进行网格划分,以固液两相流动数学模型为理论基础,将完成网格划分工作的转轮模型导入Fluent软件,采用SIMPLE算法,在笛卡尔坐标系中利用κ-ε-Ap两相紊流模型分别对仅有主叶片的水轮机转轮(长模型)以及主、副叶片结合的转轮(混合模型)在含沙水两相流动时的内部流场进行三维定常数值模拟。结果表明,混合模型转轮内流速和压力的分布相对于长模型更合理,从转轮进口到出口,速度差和压力差均较大,转换成旋转机械能的水能所占比重更大,水轮机效率更高,且相同部位上混合模型遭受磨损的情况更轻、性能更优。     

不同湍流模型对强旋流动的数值模拟

在径向浓淡旋流煤粉燃烧器单相冷态试验的基础上，充分考虑旋转对湍流流场的影响，有用k-ε双方程及其修正模型和二阶矩雷诺应力模型（DSM），对流旋煤粉燃烧器出口强旋流场进行了数值模拟。数值计算结果表明：k-ε双方程模型定性上可以预报出强旋流场的主要特点，但回流区的预报区域偏大，轴向速度的预报结果与试验值有一定差距，预报的回流速度偏低，速度衰减过快，这是由于k-ε湍流模型采用了较多的简化和未考虑旋转对湍流的影响。采用基于旋转体系使湍流脉动加强和削弱两种作用的修正方法对k-ε双方程的湍流耗散率方程进行修正。计算结果表明：从旋转体系可使湍流能量加强出发的Bardina涡量修正方法，预报回流区范围较标准k-ε湍流模型缩小，更加接近于试验值。其计算结果优于使湍流 脉动削弱的Richardson修正。DSM模型对轴向回流速度和切向速度后期分布预报结果较上述模型有较大改善，可体现出湍流雷诺应力非均匀各向异性的特点，虽然此模型仍有收敛速度慢、计算时间长的缺点，但对预报强旋流动是一个精度较高、极具潜力的方法 。图9参11     

混流式水轮机叶道涡工况下转轮的流动特性分析

为了探究叶道涡工况下混流式水轮机转轮的流动特性,以某长短叶片混流式水轮机为例,选取出现叶道涡的小流量工况,基于N-S方程及RNG_(κ-ε)湍流模型对水轮机进行全流道定常和非定常流动数值模拟,分析叶道涡复杂流动对转轮内部流动的影响。结果表明,在叶道涡工况下,由于导叶出流角的减小,导致转轮叶片头部与来流发生撞击,使流道中的湍流、漩涡现象发展更加剧烈,加强了叶片压力的不均匀分布;容易产生裂纹的叶片危险部位的压力脉动频率等于转轮频率与叶片数的乘积;分布于转轮叶片靠近上冠处的叶道涡对转轮的流动影响较大,导致此处的压力脉动的频率高、振幅大,因此易产生局部的高频应力,致使转轮在该位置产生周期性的疲劳破坏。     

多泥沙河流水电站水轮机转轮内部流动数值模拟

针对多泥沙水电站水轮机转轮的泥沙磨损问题,以HLA351-LJ-275水轮机为模型,对水轮机在设计工况下,运用N-S方程和标准κ-ε湍流模型,利用CFX求解器进行仿真流动模拟。水轮机转轮进口沿叶高20%、50%、80%流面的压力、泥沙速度及泥沙体积分数分布的数值结果表明,水轮机转轮叶片工作面压力大于背面且最小压力高于气化压力。泥沙速度在叶片进水边和出水口位置普遍较高。水轮机转轮叶片工作面的泥沙体积分数大于背面,叶片工作面的泥沙体积分数在叶片出水口普遍较高,叶片背面的泥沙体积分数在叶片进水边普遍较高。研究结果对多泥沙河流水轮机转轮叶片的泥沙磨损评估及维修具有指导意义。     

水泵水轮机在水轮机工况下转轮内不稳定流动及其演化

为了揭示水泵水轮机水轮机工况转轮内的不稳定流动及其演化过程,以模型混流式水泵水轮机为研究对象,对选定导叶开度下水轮机S特性区附近工况进行数值模拟研究,捕捉该开度下的转轮内不稳定流动并进一步揭示其产生机理。结果表明：沿等开度线,转轮内部出现了非定常涡以及旋转失速。其中,旋转失速表现出稳定的周期性特征,失速团造成通道严重阻塞,并以亚同步转速在叶片通道内传播。进一步分析表明,旋转失速由转轮内的非定常涡发展而来,涡结构发展造成的部分叶片通道阻塞促使了这一转化过程。     

下环间隙对混流式水轮机转轮进口的影响

为分析混流式水轮机下环间隙对水轮机稳定性的影响,通过对含下环间隙的凤滩电站原型水轮机进行三维全流道数值计算,分析了下环间隙对水轮机转轮进口压力机速度的影响,得出了不同密封间隙值下间隙内部压力的变化规律。为水轮机组在设计和运行时避免振动提供了一定的参考依据。     

多级轴流透平通流三维气动优化研究

燃气轮机单机功率的增大使得透平级负荷不断增加,从而对通流部分的气动造型提出了更高的要求.采用包括弯叶片和非轴对称端壁的三维通流造型系统对某两级高压透平进行了优化设计研究.优化结果表明,使用弯叶片或非轴对称端壁造型,能够改善流道内部压力分布,抑制二次流的发展,提高透平效率,分别使透平整机绝热效率提高0.37％和0.17％;而同时采用二者进行联合优化时,整机绝热效率提高了0.48％.     

汽轮机叶顶汽封间隙内的流动损失分析

为了揭示叶顶汽封结构变化对泄漏损失的影响,提高汽轮机运行效率,数值研究了平齿汽封、高低齿汽封和侧齿汽封3种不同叶顶汽封结构下汽轮机高压转子间隙泄漏的流动形态、间隙涡系的形成机理和发展规律,研究表明:在叶顶汽封腔室复杂的周向螺旋状的涡动中,泄漏流体的周向速度是影响漩涡耗散的一个重要因素;高低齿及侧齿的汽封结构可以增强漩涡之间的相互作用,降低泄漏流体的周向速度,使漩涡在腔室内的耗散更加充分;由于掺混损失降低,高低齿及侧齿汽封的泄漏总损失较平齿汽封相比分别下降7.1%和9.8%。     

水泵水轮机转轮加装短叶片前后的流动特性对比

为对比高水头水泵水轮机的转轮加装短叶片前后的能量特性及流动特性,基于SST湍流模型,选取4个具有代表性的水泵及水轮机工况,对有/无短叶片的水泵水轮机进行全流道三维定常计算。数值模拟结果表明,以水泵运行时加装短叶片可抑制脱流与漩涡等二次流现象,降低单个叶片承受的水力载荷,提高转轮进出口、导叶区及蜗壳静压,使泵获得更高的扬程。水轮机运行时添加短叶片可减小转轮出口环量,改善在尾水管内形成的复杂漩涡流,提高其水力效率。相同边界条件下,长短叶片转轮改善了转轮区的流动条件,从而提升了机组的能量特性及水力稳定性。     

基于两相流动理论的混流式水轮机叶轮内泥沙磨损的数值模拟

为研究长短叶片对水轮机两相流动的影响,选用RNGκ-ε湍流模型和混合多相流模型,针对混流式水轮机全流道在不同开度下的含沙水流两相流动内部流场进行数值模拟,分析长短叶片转轮和常规转轮内两相流动机理及不同转轮内的泥沙磨损状况。结果表明,长短叶片转轮改善了沙水在叶轮内的流动状态,沙粒体积分数在叶片上分布均匀,未出现大体积分数沙粒局部集中现象。研究成果进一步丰富了水轮机叶轮磨损的相关内容。