大型混流式水轮机尾水管振动数值模拟及应用

大型混流式水轮机的水压力脉动值不能直接从模型试验值进行换算,给解决真机振动问题增加了不少困难.为此利用CFD数值模拟技术研究了真机尾水管压力脉动的频率和幅值,文中采用3-DCFD对一个大型混流式水轮机的尾水管流态进行了计算,并分析了计算结果;模拟结果与真机实测值相接近,证明了此研究方法的可行性.利用该方法可以在设计阶段预测真机振动性能.     

混流式水轮机飞逸暂态过程的三维非定常湍流数值模拟

根据加速旋转相对坐标系中雷诺时均的连续性方程和Navier-stokes方程,以及转动系统的动量矩方程,推导了水轮机转轮区域的流动控制方程.采用RNGk-ε湍流模型对基于HL220进行改型的混流式水轮机在9种开度下进行飞逸暂态过程的三维非定常数值模拟,着重对尾水管内的流动进行了分析,得到了尾水管中心投影面压力分布随时间的变化情况,以及水轮机内部各测点的压力脉动.     

TVD格式在水击数值模拟中的应用

本文将TVD格式运用于水击方程,模拟水击压力变化,并同双曲型方程的经典求解格式MacCormark格式和Lax-Ffiedrichs格式的计算结果相对比,结果表明:TVD格式具有耗散性低,不产生虚假数值振荡.计算精度高等优点,能有效模拟水击现象.之后本文将TVD格式应用于阿拉山水电站水击问题的计算中,效果较好.     

葛洲坝下游中华鲟产卵场三维流场的数值模拟

将水动力学N-S方程、k-ε紊流数值模型与计算水气两相流的方法VOF相结合,采用控制体积法离散计算区域,建立了葛洲坝下游中华鲟产卵场的三维流场模拟模型。运用该模型模拟了二种不同进口边界条件下葛洲坝下游不足5km江段的三维水流特征。结合中华鲟的生态水力学特性,分析了中华鲟产卵繁殖的流场特性。可从某一方面为三峡水库优化调度提供理论依据和技术参数。     

三峡引水压力钢管焊接热过程数值模拟

由于引水压力钢管下平段改为焊接结构,焊接最后1 道预留环缝时将产生很高的残余应力,因此,必须计算和分析引水压力钢管的焊接残余应力。在用有限元法进行残余应力计算时,先建立了焊接热传导的数学模型,通过空间域、时间域的离散得到线性方程组并求解。为简化计算,作了几点假设,根据假设,开发出引水压力钢管焊接热过程数值模拟软件。经过计算,求出了引水压力钢管的焊接残余应力。     

多喷孔射流的三维紊流数值模拟及消能分析

多喷孔淹没式套筒阀是一种用于压力管道的新型消能型式,它是利用多股多层喷孔使水流高速喷出后在消力池内卷吸、掺混,形成强烈紊动水流来消减能量。喷孔的大小、数量以及布置方式决定了该消能工的消能效率。本文采用RNGk-ε紊流模型对管道出口多喷孔射流消能进行了三维数值模拟研究,对喷孔的优化布置方式进行初步的探索,对该消能工的消能机理以及其它水力特性也进行了分析讨论。提出了断面余能比概念,并以此通过分析比较不同喷孔个数以及喷孔布置方式下的消能效果,发现喷孔交错梅花状布置的消能效果明显优于平行排列的布置方式,给出了断面比能与喷孔个数的变化曲线。     

立轴旋涡试验与数值模拟研究

采用模型试验和数值模拟相结合的方法对侧部孔口情况下立轴旋涡的水力特性进行了研究。通过摄像法得出了旋涡表面流体质点的运动轨迹、切向和轴向时均速度。采用RNGk-ε紊流模型对旋涡的三维流场进行了模拟,自由水面用VOF法追踪,控制方程用有限体积法求解,得出了旋涡的水气交界面、时均速度和粒子轨迹。试验观测到旋涡运动具有多圈螺旋流特性,数值模拟能够在一定程度上重现试验中的立轴旋涡,时均速度的计算值与实测值基本一致,粒子轨迹上半部的旋转直径和圈数与试验较为吻合。     

混流式水轮机转轮区叶道涡压力脉动数值研究

混流式水轮机在偏离最优工况区运行时,不但在尾水管中有明显的旋转涡带,在转轮区也会有涡束沿着叶片流出,我们称之为叶道涡.随着大型混流式水轮机的广泛应用,叶道涡有可能对机组的稳定运行产生影响.本文利用数值模拟技术对某混流式模型水轮机转轮内压力脉动进行研究.研究表明:转轮区的压力脉动主要是由叶道涡诱发的,叶道涡的频率基本等于转动频率.     

隔舌安放角对离心泵动静干涉作用的数值模拟

采用SST湍流模型,分别对离心泵的不同隔舌安放角进行全流道非稳态的数值模拟。在保证面积比均匀变化的情况下,通过改变隔舌安放角,模拟了不同隔舌安放角离心泵的外特性、径向力及压力脉动等运行状态。分析结果表明,随着隔舌安放角的增加,泵的效率高效区加宽,径向力减小;在1.0Q至1.4 Q工况下,离心泵的扬程增加;具有较大隔舌安放角的离心泵,其力矩的波动幅度较大,但其蜗壳内及隔舌处的压力脉动波动幅度减小,高频脉动成分也减小。分析结果可为离心泵的蜗壳设计提供参考。     

大型铝合金铸件凝固过程数值模拟

以大直径中空圆柱体ZL 104铝合金铸件为研究对象,分别对侧冒口方案和顶冒口方案进行了数值模拟,并进行浇铸验证。试验和模拟结果表明,采用保温顶冒口并加大压头后,保证了铸件质量。说明凝固过程数值模拟对于铝合金铸件生产是很重要的。     

挑流消能冲坑内基岩体的动力分析研究

宏观上挑流消能中下游河床冲刷坑的形成,主要是入射水流的冲击能力与河床基岩的抗冲能力两者相互作用的结果。入射水流是以低频紊动的脉动水流为主,而河床基岩的抗冲能力,主要由岩体的强度及其振动特性确定。一般情况下,下游河床基岩在水流脉动的作用下,发生低应力断裂,最后出穴而去,形成冲坑。     

Bakun水电站叠梁高程对下泄水流溶解氧影响数值模拟

在库温分层条件下，Bakun水电站通过设置导水叠梁来获得表面取水效果，本研究采用数值模拟手段，模拟不同叠梁高程和不同水位时坝前库区流场分布和坝前溶解氧沿水深分布，然后计算出下泄水体中溶解氧的变化过程。为叠梁高程的选取提供技术支持。     

布西水电站泄洪洞阶梯消能布置方案数值模拟研究

对布西水电站泄洪洞采用紊流数值模拟方法,在设计水位3301.69m的工况下,进行了不布置阶梯、在不同位置布置阶梯及布置不同长度阶梯的八种组合方案的数值模拟计算.数值计算结果与模型试验结果验证表明,本文采用的数值模拟方法是合理可行的.对阶梯起始布置位置的计算结果表明,阶梯起始位置布置在流速较大处,其消能率会较高,但流速过大时(Fr>7.0)阶梯处容易形成射流,达不到增加消能率的目的.对不同的阶梯布置长度的计算结果表明,阶梯起始位置不变的情况下,随着阶梯布置长度的加长,消能率提高,且呈非线性变化;但当阶梯布置长度大于一定长度后,其消能率增加不明显.本文研究成果对陡坡泄洪洞采用阶梯消能的布置设计有重要的理论指导意义.     

江边水电站防渗方案优化计算与分析

采用立面二维渗流模型对江边水电站闸坝基础防渗方案:防渗墙封闭基岩防渗方案、防渗墙插入砂质粉土层5m和10m的悬挂式防渗方案等进行了渗流量、渗流场及渗透坡降的计算.结果显示防渗墙插入砂质粉土层5m的悬挂式防渗方案是可行的,为该工程将全封闭混凝土防渗墙最终拟定为悬挂式提供了技术依据,大大降低了防渗墙的最大深度和施工难度,其工程经济效益显著.     

冲击式水电站过渡过程数值模拟

冲击式水电站机组甩负荷时,由于电站引水道长,为了减小系统最大压力上升,针阀关闭时间较长,而为了避免机组转速上升过高,在喷嘴后设置折向板以截断水流,在过渡过程计算中对针阀前管道和机组需要用不同的流量计算,本文分析了冲击式水轮机与常规混流式水轮机运行的不同,建立了冲击式水电站折向板关闭时的计算数值模型,并用该模型对一冲击式电站进行了过渡过程计算。     

大型立式泵站簸箕型进水流道三维紊流数值模拟

针对典型的簸箕型进水流道 ,应用紊流模型对流道内部流态及水泵吸水管各断面流速分布进行了数值模拟 ,计算结果符合实际情况。数值计算揭示了簸箕型进水流道内流动规律 ,进水流道吸水管下方存在奇点 ,如相关设计参数不当易产生漩涡。根据计算分析 ,提出大型泵道簸箕型控制参数 ,对于工程设计有重要参考价值     

抽水蓄能电站侧式进/出水口数值模拟

侧式进/出水口作为目前抽水蓄能电站的主要形式,具有双向水流的特点.本文采用雷诺应力紊流模型(RSM)对侧式进/出水口进行了三维紊流数值模拟,数值计算结果得到了物理模型试验结果的验证,并对三孔侧式进/出水口分流墩间距进行了优化,来流不均匀性对分流的影响进行了定量描述,对弯道后水流的不均匀性进行了探讨.     

糯扎渡水电站多层进水口下泄水温三维数值模拟

为减免水电站下泄低温水对下游河段生态环境的影响,糯扎渡水电站进水口拟采用分层取水叠梁门方案。为较好地模拟进水口前库区复杂的地形边界,采用σ坐标系,建立了糯扎渡水电站进水口分层取水下泄水温的三维数值模型,数值模拟结果得到了物理模型试验结果的验证。在已知库区水库水温分布的条件下,对不同的叠梁门运行方式,数值模拟了典型水平年十二个月份的下泄水温。进水口叠梁门方案分层取水对提高下泄水温有较为明显的作用,下泄水温提高的幅度,不仅取决于叠梁门的高度,还取决于水库水温垂向分布。     

水动力与人为挖砂共同作用下水口水电站坝下水位变化规律

华东地区最大水电站水口水电站下闸蓄水后对上游来沙的拦蓄,以及经济建设对下游“闽江砂”需求骤增,使得闽江下游河道水沙条件发生深刻变化,闽江下游河道持续下切.本文通过数学模型探索了在天然径流和东海潮流共同作用下,距闽江人海口一百多公里的水口水电站坝下水位未来的变化规律,并根据闽江下游河沙的储藏量和特点,预测了人为采砂对水口水电站最低通航和发电水位的影响以及水口水电站坝下极限最低水位.     

基于水力学仿真的梯级水电站运行调度研究

针对级间调蓄容积较小的渠道梯级水电站,采用可视化软件仿真分析运行调度引起的非恒定流过程,以防调度不当导致渠池被抽空或大量溢流弃水等现象。仿真计算的数学模型中对明渠非恒定流和管道水锤分别采用显式蛙跳格式和特征线格式迭代求解,两种格式通过引水前池的水位边界条件和机组的流量边界条件衔接。对某两级渠道水电站,采用Visual Basic 6.0开发了可视化仿真软件来模拟甩负荷、起动和停运等工况下非恒定流过程,并调算得出了各级站相应的运行调度原则,为工程的设计和运行管理提供了有价值的建议。