贯流式水轮机固液两相流压力脉动特性分析

泥沙颗粒的存在会影响灯泡贯流式机组流道内的压力脉动,文中采用Euler模型和RNG k-ε湍流模型对某电站灯泡贯流式机组进行非定常计算,分析泥沙颗粒对压力脉动特性的影响,对比不同泥沙物性参数对压力脉动周期、系数的变化作用,并以导叶和叶片中间截面为例,探究影响湍动能分布的因素。研究表明,压力脉动主要来源于叶片通过频率和尾水低频脉动,叶片通过频率的影响从导叶进口至尾水管处逐渐减弱,而尾水低频脉动的影响从导叶进口至尾水管处逐渐增强。泥沙颗粒的存在,改变了清水条件下压力脉动原有的周期性。在转轮出口和尾水管处,压力脉动系数在时域上会发生剧烈波动,尾水管处尤为严重,在两相流工况(Dp=0.1mm, Cv=1%,ρ=2600kg/m³)下,其压力脉动在时域上的波动范围增大了近10倍。导叶与叶片中间截面处高湍动能区域的主要分布位置受转动环量、水流方向、泥沙颗粒沉降方向和单位体积内泥沙颗粒质量流量的影响。     

运行水头对超低水头两叶片贯流式水轮机空化性能的影响研究

空化通常伴随着振动、噪声、材料损坏,不仅侵蚀流道,还会引起流道堵塞和剧烈的压力振动。对空化位置的准确识别可以有助于预防空蚀破坏,确保机组安全稳定运行。文中建立了超低水头两叶片贯流式水轮机组全流道模型,采用Rayleigh-Plesset模型和SST湍流模型对最小水头、额定水头、极限高水头工况进行了水-水蒸气两相流定常数值模拟计算,探究了不同水头下的空化特性曲线,叶片表面压力分布,扰流区水力损失,以及叶片表面空化位置分布情况。得到的主要结论如下：机组在额定水头和最小水头工况下几乎不会产生空蚀破坏,但在4.25～4.3m水头段内运行极易遭受空蚀破坏。受离心力和叶片形状的影响,空化最容易发生的部位是叶片吸力面靠近轮毂处,当转轮室内发生空化后,主流流态明显变差,流动分离、二次流、漩涡等不良流态都在扰流区域出现,增加了水力损失。在空化系数较小时(2≤σ≤3.5),附着在叶片吸力面的空化形态主要为片状空化及其尾部的类云状空化,类云状空泡的破裂溃灭会对叶片表面造成损伤。该研究能够为两叶片转轮的设计制造、空蚀防护、运行范围选取提供一定的理论参考。     

水轮机导叶区固液两相流动数值研究

为了揭示泥沙介质在水轮机导叶区的流动及分布规律,本文应用固液两流体多相流模型,充分考虑固液两相间的相互作用,通过求解雷诺时均N-S方程和RNG k??方程,对不同泥沙介质条件下水轮机导叶区的流动进行数值研究。研究结果表明,导叶表面压力随着来流泥沙含量的增大逐渐增加,随来流泥沙粒径的增大变化很小;小粒径泥沙在导叶表面分布均匀且含量低,大粒径泥沙会集中分布在导叶前缘高压区。     

基于正交试验多目标的两叶片灯泡贯流式水轮机性能优化

两叶片转轮适用于超低水头条件发电,并可弥补三、四、五叶片灯泡贯流式机组在超低水头条件下的缺陷,提高汛期发电量和电站低水头时运行稳定性。基于ANSYS CFX平台,采用正交试验法对某电站增容改造后的两叶片贯流式机组进行多目标结构优化。以叶片扭角、叶片安放角、轮毂比及导叶数4个设计参数作为影响水轮机的因素,探究其对机组出力、效率、压力脉动、叶片静应力和叶片变形这5个评判指标的影响规律。通过直观分析和极差分析结合的方法确定最优组合方案,并对优化前后的机组性能进行对比分析。通过研究发现:相对于其他3个设计参数,叶片扭角对水轮机性能影响最大。优化后,水轮机出力由3.13kW增加到4.11kW,增加31.3%;效率由87.63%提高到89.05%,提高1.42%。尾水管中段回流和漩涡消失,水流变得平顺,极大改善了流道内水流流态。     

带有测温系统的液固两相流旋转冲蚀试验装置

液固两相流冲蚀磨损过程中,固体颗粒的动能部分转化为热能,使过流部件和料浆液温度升高,冲刷磨损与摩擦热使过流部件材料的磨损速度与腐蚀速度都加快,共同加剧过流部件的损坏,在高速冲蚀磨损条件下,摩擦热效应的影响应引起高度重视。针对目前液固两相流冲蚀磨损试验装置缺乏试样温度实时测试的问题,自行设计研制了一种带有测温系统的旋转式冲蚀磨损试验装置。在被冲蚀试样表面附近、中心和背面附近位置开孔,插入热电偶,通过导线与温度传感器和计算机联接,在线测试并绘制冲蚀磨损过程中试样不同部位的温度变化曲线,具有结构简单、操作便利、数据稳定可靠、直观性好的特点。本装置可以模拟湿法冶金、化工、采矿、水电等冲蚀磨损工况条件,特别是分析测试冲蚀磨损过程中摩擦热量在试样中的产生、传递及其对试样冲蚀磨损特性的影响。     

水轮机转轮三维泥沙流动两相紊流计算

推导了水轮机转轮中两相流的两流体基本方程,并利用κ－ε－Ａｐ两相的湍流模型计算水轮机转轮中三维泥沙固液两相湍流。计算结果包括了液相和固相的主要流动特征。     

灯泡贯流式水轮机出力不足原因分析与对策研究

灯泡贯流式水轮机出力不足的问题,造成了水量浪费,影响了经济效益。从水头、流量和效率等方面分析了灯泡贯流式水轮机出力不足的原因,从设计、制造、安装、施工、运行等多个环节提供了相应的预防和处理对策,以便为提高灯泡贯流式水轮机出力和水电厂经济效益提供有益的参考。     

大容量火电机组固液两相流离心泵数值分析及结构优化

广泛应用于300及600 MW等大容量火电机组的固液两相流离心泵,由于其输送介质的特殊性,在运行中存在磨损严重以及效率低下等问题,而对泵性能产生影响的主要因素包括泵输送介质的特性和泵体几何结构因素。该文具体分析了泵体结构因素如蜗壳喉部面积、叶片数、叶片包角等对火电厂固液两相流离心泵性能的影响,并以此为依据,对其进行结构优化设计,然后通过选取合理的模型以及控制方程,借助于Fluent软件对改进后的泵内流场进行数值模拟,验证优化设计的效果。模拟结果显示,优化设计后的固液两相流离心泵达到了额定出力,效率有显著提高。     

高水头混流式水轮机转轮泥沙磨损特性模拟研究

泥沙磨损是导致混流式水轮机组失效的主要原因之一,特别在水头相对较高时,由于内部流速相对也较高,其磨损问题会更为严重。为研究混流式机组转轮磨损的形成机理,本文根据电站泥沙实测数据统计得到汛期的泥沙平均浓度和粒径,对高水头混流式水轮机在最优开度和小开度两种工况下的固液两相流特性进行数值计算,基于拉格朗日方法模拟颗粒的运动轨迹,选取Oka模型对转轮的磨损特性进行了预测。通过分析转轮内的流动特性、颗粒的运动轨迹和壁面冲击特性,对混流式机组转轮磨损形态的形成原因进行了探讨,并将计算结果与文献中的实际磨损情况进行对比分析。预测的结果表明:采用欧拉-拉格朗日方法可较好地对混流式水轮机转轮的主要磨损区域进行定性的预测;在小导叶开度的偏工况时,转轮内部的涡旋流特性会导致颗粒产生局部富集等现象,从而引起对应区域磨损速率的增加。     

双相不锈钢管固液两相流动腐蚀的数值模拟

在碳钢流动腐蚀数值模拟的基础上，针对管道流动体系，对固液两相流条件下双相不锈钢的流动腐蚀进行了数值模拟，模拟了固液两相流体动力学过程和双相不锈钢腐蚀动力学过程，模拟计算得到的腐蚀速率与实测值基本一致，表明建立的两相不锈钢流动腐蚀的综合数学模型是正确的，揭示了两相流中双相不锈钢的流动腐蚀机理，并进行了实验验证，两相流中双相不锈钢流动腐蚀的加剧主要是由于颗粒相的存在会大大强化液相流体的流体力学因素，导致钝化膜内传质速度加快所致，计算结果同时也表明。对于表面覆盖有钝化膜的材料的数值模拟，建立合理的流动腐蚀动力学模型是数值计算方法应用成功与否的关键。     

汽液两相流自调节水位控制器的应用

介绍高、低压加热器的疏水器由浮球式改为汽液两相流自调节水位控制器的改造过程和经验,供不同型号的火力发电厂疏水器改造时参考。     

锅炉内螺纹管汽液两相流摩擦压降特性试验研究

在压力为8～10 MPa、质量流速为350～600 kg/(m2.s)、含汽率为0～1的工况范围内,对直径为38.1 mm、壁厚为7.5 mm的六头内螺纹管中汽液两相流体的摩擦压降特性进行了试验研究,试验段采用水平绝热布置。试验结果表明:压力对两相流摩擦压降的影响很大,两相流摩擦压降倍率随压力增加而减小,在临界压力附近趋近于1;两相流摩擦压降倍率随含汽率增加而先增加,然后有减小的趋势;两相流摩擦压降倍率也随质量流速增加而减小。并对用于计算汽液两相流体摩擦压降的试验关联式中的B系数进行了讨论。     

曲线坐标系下的三维k-ε-A_p固液两相湍流总沙输运模型

本文建立非正交曲线坐标系下的三维k-ε-A,固液两相湍流模型研究弯道内的水流泥沙运动和河床冲淤变形.河床变形计算采用推移质模型和总沙模型两种处理方法.两相湍流模型在计算推移质输运时采用泥沙的横纵向速度处理推移质的强度和方向,利用泥沙垂向速度计算悬沙与床沙之间的交换通量.计算发现两相湍流模型的河床冲淤变化分布结果比单相湍流模型的结果更接近试验结果,两相湍流总沙模型计算结果中局部区域的水深比两相湍流床沙模型计算得到的水深小.床面变形以及固液两相横纵向流速分布分析比较表明,泥沙运动的横向和纵向分布对床面变形的影响起重要作用,单相湍流模型在计算弯道内的推移质运动时夸大了二次流对泥沙横向输运的作用.     

气液两相流并列双方柱绕流涡脱特性数值研究

采用有限容积法,综合考虑了由剪切引起的紊流和由气泡引起的紊流关系式,基于双流体模型,对不同含气率、不同间距比下气液两相流并列双方柱绕流旋涡脱落特性进行了数值模拟。通过计算发现：气液两相流并列方柱绕流,在间距比T/D<2.0时,双方柱尾迹模式是偏流模式,且宽窄尾迹流是通过中间模式(非偏流)相互转化的;在偏流模式中,拥有宽尾迹模式的柱体具有更小的阻力,拥有窄尾迹模式的柱体具有更大的阻力,而中间模式两柱体阻力相当;在间距比T/D32.0时,双方柱尾迹是“同步”模式,在T/D=2.0时,双方柱以同步同相旋涡脱落形式为主,T/D=2.5、3.0、5.0时,双方柱以同步反相旋涡脱落形式为主。来流含气率增大对抑制气液两相流绕并列双方柱流动的涡街生成贡献很大,当含气率增大到0.12时,没有稳定涡街生成。对气液两相流并列双方柱绕流频域过程分析发现：来流严格对称的情况下,并列两方柱运动参量频域过程是非对称的,两柱体长时间所受到的流体作用是不一样的。     

基于近红外技术的气液两相流检测装置

两相流的研究具有非常重要的意义,对其的研究方法和手段也非常多。基于多相流实验平台,采用波长为980 nm激光二极管和硅光电二极管,对水平流向的分层流、泡状流、环状流和垂直流向的弹状流、泡状流、环状流和乳沫状流流型分别进行了实时在线的探测,取得了显著的效果。由于近红外在气液中的吸收系数差别很大,同时受气液界面影响明显,所以能够很好地反映气液界面的波动情况,能够实时在线反应出不同的流型,为气液两相流其他的参数的检测奠定了基础。     

浅谈汽液两相流疏水装置在火电厂的应用

近几年来,汽液两相流疏水装置凭借其准确性、灵敏性、经济性、传感敏锐以及高效的特点被我国各大、中、小型火电厂应用,虽然还有一些火电厂选用其他的疏水装置,但是汽液两相流疏水装置的成效更加明显,且在市场上更具有开发和应用的潜力,本文对汽液两相流疏水装置特点进行分析,并阐述汽液两相流疏水装置运行原理,结合火电厂的实际情况与其他加热器疏水装置相比,汽液两相流疏水装置的优越性。     

激光干涉气液两相流测量图像自动辨读方法的研究

在能源、化工、炼油、制药、机械制造等领域中广泛存在着气液颗粒两相流的测量问题，因此气液两相流测量技术一直是国内外的重点研究课题。该文将介绍一种气液两相流测量的新技术——激光干涉气液两相流测量技术(ILIDS)，它具有提取两相流参数全、测量精度高和测量区域较大等优点。该技术利用高干涉性片状激光束照射气液两相流，粒子将激光以折射和反射的方式散射，用高速数码相机(120万象素)收集并汇聚散射光成像，折射光与反射光之间因存在相位差会在汇聚成像系统的失焦平面上形成干涉条纹图，图中包含粒子的粒径和空间信息。利用作者开发的图像处理软件对两相流干涉图像进行数据处理，自动高速提取两相流信息，将处理结果与人工辨读比较，有效粒子信息提取率高于90％，粒子定位及粒径计算误差小于5％。实验证明本图像处理技术具有工业在线测量的潜力。     

汽液两相流水位调节控制装置存在问题的探讨

通过对汽液两相流自调节水位控制器作为加热器疏水水位调节阀时,其安装位置、系统配置方式、调节特性、调节过程等方面的局限性的探析,认为在目前电动、气动疏水调节阀的质量和自动调节水平完全能够满足现场生产需要的情况下,不宜在诸如高压加热器等重要设备上推广使用汽液两相流自调节水位控制器。     

超音速汽液两相流升压加热器用于供暖系统的研究

在理论研究基础上设计和建立了超音速汽液两相流升压加热器供暖系统 ,与原加热罐热网水泵并联运行 ,年可节电 2 .1× 10 5kW·h。实际运行试验表明 ,该系统运行稳定、可靠 ,完全满足供暖需要