1000MW级核主泵内部非定常流动特性

为了对1000 MW核主泵内部流场进行深入分析,应用商业计算软件CFD对核主泵进行了非定常数值模拟,得到主泵内部压力脉动特性。结果表明:核主泵内部压力脉动呈现周期性变化,叶轮叶片对流体的影响频率为转频f=24.2 Hz的整数倍及其谐波;在叶轮内脉动幅度从叶片前缘到后缘逐渐增加,而在导叶内从叶片前缘到后后缘逐渐减小,在泵壳内变化相对较小;不同工况下,脉动幅值在额定工况下最小,在小流量工况时最大,并且偏离额定流量越多,压力脉动越严重。     

叶片包角对高比转速离心泵固液两相非定常特性的影响

为了分析叶片包角在固液两相流下对高比转速离心泵非定常特性的影响,采用ANSYS CFX软件和Mixture多相流模型对5种不同叶片包角离心泵的固液两相流进行了非定常数值模拟,分析了叶片包角对固液两相流离心泵瞬时扬程、压力脉动及径向力的影响。研究表明:随着叶片包角每增大10°,固液两相流离心泵的瞬时扬程有所降低,波动时间会延迟0.001 s;流道内及隔舌处的压力值越来越小,脉动幅值越来越大,压力波动时间向后延迟0.001 s;叶轮上的径向力会增大,隔舌处的径向力会减小,受力方均向顺时针偏转;不同包角下的固液两相流离心泵叶轮流道内的压力脉动主频均出现在转频处,隔舌处的压力脉动主频出现在叶频处。其中,叶片包角φ=120°是叶轮流道内压力值和压力脉动幅值增减速度快慢的分界点,也是隔舌处的压力脉动幅值最小值点。     

叶轮进口边型线对两级离心泵空化及非定常流动特性的影响

针对叶片进口边型线对两级离心泵空化及内部非定常流动特性的影响,在保持泵体和其他几何参数不变的情况下,通过改变第一级叶轮叶片进口边曲率,计算了两级离心泵内的空化及非定常流动。获得了空化性能曲线、第一级叶轮流道内测点的压力脉动和第一级叶轮的受力情况。结果表明:进口边对临界空化余量、压力脉动和受力情况的影响不具有单调性,而是存在最优值;压力脉动的主导频率为15倍轴频,并且压力脉动出现高幅低频现象;轴向力和径向力的脉动主频分别为轴频和2倍叶频;径向力的波动幅值远小于空间x,y方向受力的波动幅值。     

混流泵内压力脉动测量与分析

以比转速为336的某导叶式混流泵为例,沿流体流动方向在泵进口、叶轮出口、导叶出口、泵出口4个位置设置监测点,对比了0.6Q_d、0.8Q_d、Q_d、1.2Q_d、1.4Q_d(Q_d为设计流量)5种工况下的压力脉动情况。结果表明,泵进口和泵出口压力脉动幅值较低,导叶进口处脉动幅值最高,且小流量工况较大流量工况脉动剧烈,小流量工况下,泵内运行不稳定,出现回流、漩涡等,引起复杂、无规律的压力脉动;各工况下,泵进口处在叶频到7倍轴频范围内均出现了较为紊乱的脉动;与设计工况相比,非设计工况的脉动情况更为复杂。     

轴流泵优化设计及压力脉动特性研究

为探究明渠流对轴流泵装置性能的影响及提升大型低扬程轴流泵装置的整体水力性能,基于泵装置悬空高度、明渠进水池宽度、明渠出水池宽度三个参数,对大型低扬程泵装置进行三维非定常数值模拟计算,通过优化分析选出最优轴流泵装置模型,优化后的模型水力效率由81.3%提升为84.5%,进一步分析了最优轴流泵装置模型在不同流量工况下的流场特性及压力脉动特性。结果表明,小流量工况下运行的泵装置压力脉动时域特性明显优于额定流量工况和大流量工况,转轮进口及导叶进出口处测点压力脉动系数值均不超过0.01;转轮进口处三种流量工况下最大脉动系数均低于0.015,小流量、大流量工况下导叶出口处的压力脉动系数接近0,额定流量工况下导叶出口处的压力脉动系数为0.122。     

叶片厚度分布对两级离心泵空化性能的影响

针对叶片厚度分布对两级离心泵空化性能的影响,通过对第一级叶轮叶片的厚度分布进行优化,研究其对泵外特性、压力脉动以及流体激励力的影响。结果表明：采用线性厚度分布的对称叶片时,前缘厚度对空化性能的影响最大,叶片越薄,泵的抗空化能力越强;随着尾缘变厚,压力脉动幅值向叶轮进口方向偏移,且随着叶片厚度减小,压力脉动幅值相应减小。第一级叶轮流道内的压力脉动主频为干涉叶频,保留高幅低频的宽频特征,所受空间三向力的脉动主频为2倍叶频,轴向力较小,脉动幅值较低,径向力的主要信号成分是叶频和2倍叶频。     

双吸泵空化非定常数值分析

为了分析双吸泵内部非定常空化流,采用SST湍流模型及基于Rayleigh-Plesset方程的输运空化模型,对双吸泵空化流场进行定常与非定常模拟,得到了双吸泵内流场空化初生部位及空化发展情况,并设置监测点分析了空化状态下双吸泵内不同位置处的压力脉动特性。结果表明,空化首先发生于叶片吸力面头部靠近前盖板处,随着空化余量的降低,空化面积及空泡体积分数不断增大,空化继续发展后,空泡会逐渐向叶片吸力面及叶轮出口扩散,从而降低泵的扬程;在一个旋转周期内,单个叶片上的空化状态呈现出由弱变强、再由强变弱的发展趋势;随着空化余量的降低,监测点处压力脉动幅值增加,蜗壳流道内压力脉动的主频为叶频,谐频为叶频的倍数,且蜗壳隔舌处的压力脉动幅值最大。     

多工况下高水头水泵水轮机压力脉动特性分析

为研究多工况下高水头水泵水轮机内部的压力脉动特性,以某抽水蓄能电站水泵水轮机模型为例,采用SST湍流模型对非设计工况点下的水泵水轮机进行三维全流道非定常数值模拟,同时监测了固定导叶与活动导叶间、无叶区及尾水管处的压力脉动。结果表明,对于固定导叶与活动导叶之间的区域,水轮机工况下的压力脉动主频为叶片通过频率,而水泵工况下的最高扬程和最低扬程工况的主频分别为转频和叶片数通过的频率;对于无叶区,由于受到强烈的动静干涉效应,水轮机、水泵工况下的主频均为转轮叶片数通过频率,且脉动幅值较大;对于尾水管区域,直锥段处的频率分布规律与流量有关,水轮机小流量工况下,尾水管内主要为0.3倍转频的低频压力脉动,而水轮机大流量工况下,脉动频率主要以2.6倍转频为主。     

混流式核主泵非定常流场的压力脉动特性分析

为研究核主泵内部流场压力脉动情况,采用大涡模拟方法对模型泵内部流场进行了三维非定常数值模拟,通过设置监测点,得到了不同位置处的压力脉动结果,并进行了频域分析.结果表明:核主泵模型泵内最大压力脉动发生在叶轮出口处,从叶轮进口到导叶出口,压力脉动先增大后减小,压力脉动频率主要受叶轮转频控制;在球壳内部压力脉动沿着球壳半径方向逐渐减小,且压力脉动频率与叶轮转频有关.     

蜗壳进口宽度对离心泵非定常性能的影响研究

为分析蜗壳进口宽度对离心泵非定常性能的影响,以一台比转速为126的离心泵为研究对象,采用ANSYS CFX软件的标准k-ε湍流模型对同一叶轮、不同蜗壳进口宽度(56、63、66.5和70 mm)时,不同流量工况(0.8～1.2设计流量)条件下泵的外特性、内部流场以及压力脉动进行研究。结果表明:在设计流量下,适当改变蜗壳进口宽度对离心泵的扬程、效率影响不大;但随着蜗壳进口宽度的增大,蜗壳隔舌处的湍动能增大并向扩散段延伸;同时,蜗壳隔舌处压力脉动的压力值增大了4.2%,压力脉动幅值增大了3.4倍。设计时为提高中比转速离心泵的综合性能,应取蜗壳进口宽度为叶轮出口直径的1.8倍。     

基于事件树法的小型震损水库群溃坝风险分析及应用

分析小型震损水库群的溃坝风险程度对确定除险加固顺序和资金利用方式有重要意义。针对四川省安县震损水库群,采用事件树法计算出每座水库的溃坝概率,再通过溃坝后果综合评价函数计算每座水库的溃坝后果,以确定溃坝风险程度,将所有水库的风险由大到小排序,最终确定区域小型震损水库群的除险加固顺序。实例计算表明,该方法简单、实用,有利于正确认识和评定震损水库群的溃坝风险程度。     

事故树分析与贝叶斯网络重要度在溃坝风险分析中的应用

为降低大坝溃坝发生的概率,采用基本事件的概率重要度、临近重要度和相对重要度影响因子分析了引起溃坝的各基本事件,利用事故树分析法和贝叶斯网络引出三种重要度的定义和公式,并用重要度对各基本事件进行评估。以某大坝溃坝模型为例,将三种重要度进行了对比,结果表明贝叶斯网络和相对重要度影响因子在溃坝风险分析中具有相对较大的优势     

王快水库与西大洋水库连通条件下入库径流演变及影响因素分析

研究王快水库与西大洋水库两库连通状态下的入库径流变化规律与丰枯遭遇,对于保障雄安新区用水安全有重要意义。基于1971～2015年共45年的径流和降水的月数据系列,利用滑动平均法、有序聚类法、不均匀系数、集中度、集中期和频率分析法等,研究了王快与西大洋水库入库径流的年际年内变化,并分析了两库的丰枯遭遇状况。结果表明,王快水库与西大洋水库年际入库径流总体呈减少趋势,随时间变化表现出丰枯交替现象,45年间均出现两次突变,突变时间为1979、1996年;入库径流年内分配不均匀性、集中程度均呈下降趋势,随着时间推移入库径流年内分配趋于均匀,两库入库径流的变化规律在年际、年内一致。不论是全年还是年内各月,王快水库与西大洋水库丰枯同步频率大于丰枯异步频率,丰枯同步性高,丰枯补偿特征不明显。入库径流的变化受降水及人类活动的综合作用影响。研究成果可为径流调控提供参考。     

模糊综合评价法在梯级库群系统安全评价中的应用

为克服现有大坝安全评价方法尚未考虑上下游工程之间水力联系的缺陷,针对梯级库群系统规模大、系统内各水库工程标准不一、关系复杂、不易确定等特点,将模糊层次分析法(FAHP)与模糊数学理论引入到梯级库群系统安全评价中,建立了梯级库群系统安全层次结构,并确定了不同层次因素的权重和模糊评价矩阵,通过模糊运算得到评价综合结果。工程实例运用结果表明,该方法为梯级库群的设计和安全风险分析提供了新思路。     

未来气候情景下淮河中上游降水极值及其联合概率行为变化特征

极端气候变化导致水旱灾害频率和强度的改变,为探究未来气候情景下淮河中上游降水极值及其联合概率行为变化规律,以淮河干流小柳巷以上32个雨量站1961～1990年实测日降水数据为基准,集合RCP4.5情景下5种全球海气耦合模式(GCM)在2021～2050、2051～2080年的日降水预测,应用6种极端降水指数量化极端降水变化规律,基于Copula函数构造3组极端降水指数组合的联合分布,并利用Kendall重现期探讨双变量降水事件发生概率的空间变化规律。结果表明,无论在哪个未来时段,6种极端降水指数较基准期均有不同程度的增大;双变量降水事件的发生概率的空间异质性随着重现期水平的增高而增大;未来60年北部山区和研究区下游极端降水事件发生更加频繁,对淮河流域防洪排涝具有指示作用。     

二维溃坝洪水模型在西丽水库中的应用

为分析西丽水库主坝历次除险加固效果及坝体现状,假定一种可能出现的溃坝工况,选取经验公式计算此时的溃坝形式、溃口形态及流量过程,建立MIKE11水动力模型,由断面插值生成二维地形,并采用分段模型法,以溃口流量过程线作为上边界条件,以深圳湾P=0.5%(3.03m)极端高潮位过程线作为下边界条件,搭建二维洪水演进模型,计算得下游洪水淹没历时、水深及淹没范围,分析溃坝对大沙河流域所产生的风险,最后采用水量平衡法对模型结果进行验证。结果表明,所建模型计算结果可靠,能较好反映溃坝洪水运动特性,为西丽水库应急预案提供参考。     

基于Rosenblueth法的土石坝溃坝概率实时分析

溃坝事件具有突发性,为给第一时间的应急处置决策提供科学依据,需实时分析、评估溃坝风险。为此,研究了溃坝概率分析方法在计算精度与计算效率上的差异,对不同可靠度分析方法的计算原理进行比较;在土石坝主要溃决模式分析基础上,提出采用Rosenblueth法的土石坝溃坝概率实时分析方法,并用实例验证该方法的有效性。结果表明,Rosenblueth法应用于土石坝风险率分析中比其他方法具有较高的计算效率,能同时满足计算精度与风险实时评估的时效要求。研究结果可为土石坝风险管理与决策提供参考依据。     

基于元胞自动机的土石坝溃决模拟

基于元胞自动机理论,结合土石坝实际状况,模拟了导致土石坝溃决的主要要素,建立了土石坝溃决演化模型,并以大洼水库为例,采用该模型模拟了漫顶溃决和渗流破坏引起的土石坝溃决。结果表明,模拟结果与现场试验结果吻合较好。     

西江上游水库群联合蓄水优化调度研究

目前西江上游水库群在汛末蓄水期难以蓄满,直接影响其在供水期的综合效益。为此,建立了基于发电、蓄水和生态的多目标优化调度模型,采用逐次逼近动态规划方法进行求解,得到2011～2017年的水库群联合蓄水优化调度过程。结果表明,龙滩水库的蓄水与天生桥一级水库的蓄水具有同步性;因光照水库为龙头水库、岩滩水库开始蓄水时间比其他水库晚,故两水库蓄水受其他水库的影响较小。对于特枯年份,需提前水库群开始蓄水时间及抬高起蓄水位才能蓄满。     

溃坝洪水模拟中泥沙因素的影响

鉴于在溃坝洪水模拟中较少考虑泥沙因素的影响,采用欧拉模型即双流体模型模拟了溃坝洪水中的悬移质泥沙颗粒,通过对比来流为清水、含悬移质泥沙的水沙流两种情况下壁面剪切力,证实了悬移质泥沙可增强水流剪切作用、加速溃坝过程,并分析了淹没区障碍物对悬移质泥沙的影响,给出了溃口发展过程和下游河道泥沙淤积状况。所有模拟结果均符合实际溃坝规律,可为溃坝洪水精确模拟和灾害性分析提供参考。