有无轮缘间隙的贯流式水轮机三维流动数值模拟

本文基于N-S方程和k-ε湍流模型、非结构化网格和多块网格技术,采用导叶和转轮部分联合计算的方法,在不同工况下,对贯流式水轮机模型转轮轮缘间隙在0、0.25 mm、0.5 mm和1 mm的情况分别进行了计算,分析了轮缘间隙对叶片压力分布、速度矢量、数值效率和间隙泄漏量的影响.通过对水轮机间隙流动的定性和定量分析,揭示了贯流式水轮机轮缘间隙内流动规律.     

轴流式水轮机流道内部流动分析

采用数值计算方法研究了轴流式水轮机流道内部三维粘性流动特性。计算模型建立在雷诺平均Navier-Stokes方程基础上，采用RNG κ—ε紊流模型，该紊流模型在比较宽的运行范围内都能得到相当精确的计算结果，并且计算所得转轮能量特性和实际转轮运行结果相当吻合。在流场计算的基础上，利用压力、速度矢量分布图等处理手段显示内部流场，分析在不同工况下流道的内部流态，研究轴流式水轮机流道内部的流动规律，对机组的各项性能做出合理的判断。     

轴流式叶片的改进升力法设计与研究

针对我国轴流泵以及轴流式水轮机效率普遍偏低的情况,考虑到轴流叶片外缘、轮毂处的边界层及间隙流的影响,在轴流式叶片设计的传统升力法模型中引入修正系数A(R,6)进行改进,得到了改进升力法设计模型,并同时应用传统升力法和改进升力法对一轴流式水泵和水轮机叶片进行了对比设计,并利用NUMECA 软件进行流动模拟,分别得到转轮(叶轮)叶片表面及轮毂、轮缘处的速度-压力分布以及各工况的效率计算结果,证明了改进升力法较传统升力法好,改进效果显著,有效地提高了轴流式水力机械的效率,改善了轴流式水力机械内部流动的速-压分布.为轴流式叶片的设计提供了一种新的计算模型.     

混流式水轮机效率的数值预测

随着计算机技术及计算流体动力学的进步,三维粘性流动数值模拟逐步被应用于水轮机的设计和优化.本文在雷诺时均N-S方程基础上,采用有限体积法和标准κ-ε紊流模型,计算了混流式模型水轮机多部件、动静耦合的三维粘性流动,并利用数值计算结果预测了模型水轮机的水力效率,预测的水轮机等效率曲线与模型试验结果相吻合.     

混流式水泵水轮机三维湍流数值分析

采用重整化群k-ε湍流模型对混流式水泵水轮机整体三维流动进行了雷诺平均N-S方程的数值计算.分析了水泵工况和水轮机工况水泵水轮机整个通道内的水流流动情况,对水泵工况计算结果进行了详细分析,并与模型试验结果进行了对比.     

基于CFD分析的轴流式转轮叶片刚强度分析

本文采用雷诺时均的N-S方程和k-ε紊流模型,采用有限体积法和非结构化网格,对转轮区域内的流体运动进行数值模拟,获取叶片表面的受力信息,得到反映真实情况的叶片表面应力分布;将此应力分布加载至刚强度分析的叶片模型表面,采用有限元方法应力计算,实现了轴流式水轮机转轮叶片的刚强度分析。结果表明,在三个计算工况点中,算例中叶片的应力和变形最大值出现在最大水头额定出力工况。     

基于遗传算法的轴流式叶片全三维优化设计

本文提出了一种结合全三维反问题计算与遗传算法优化的轴流式水轮机转轮设计方法。即在对轴流式水轮机转轮叶片进行全三维反问题设计的基础上，然后以平面叶栅表面边界层中的流动损失最小和翼型气蚀系数最低为目标，小生境遗传算法进一步对转轮叶片进行优化以得到更为理想的转轮叶片。由于此方法结合了全三维反问题方法对有厚度叶片计算的准确性，以及遗传算法对解决多目标优化问题全局搜索的准确性，可以得到比较理想的转轮叶片。     

基于CFD的混流式水轮机减压管数值分析

水轮机中的减压管对于水力发电机组稳定性的影响,已经引起了研究人员和运行人员的普遍关注.基于计算流体动力学软件CFX,采用N-S方程和RNG k-ε湍流模型,通过对某电站原型水轮机进行三维定常全流道数值计算,分析了含减压管和转轮上冠密封间隙的混流式水轮机三维全流道数值模拟的建模过程,以及减压管对转轮上冠密封间隙流场的影响,并且分析了转轮上冠密封间隙和减压管内部流动的特性.     

轴流转桨式水轮机轮缘间隙空蚀的试验研究

本文对轴流转桨式水轮机轮缘间隙流动进行试验研究，咩细研究了不同工况下轴流转桨式水轮机轮缘间隙流动的空蚀形态。受桨叶角度和开度的影响，轮缘间隙流动有五种的空蚀形态，这几种空蚀形态随开度的变化，可能有一种或两种同时出现。其中侵蚀危害性最严重有Ⅰ、Ⅱ和Ⅴ三种空蚀形态。在负的桨叶角度，协联工况的左边运行时，在叶片的背面轮缘处产生第Ⅰ中泄漏涡带，同时在叶片进口正面头部轮缘处产生泄漏流动和二次流动漩涡相互作用所引起的小面积的强烈空蚀空泡为第Ⅱ种，它是叶片头部缺角的主要原因；在正的大桨叶角度、大开度情况下，间隙泄漏流动主要发生在叶片的背面轮缘处尾部第Ⅴ种空蚀形态，泄漏涡带与主流相互作用形成一个长长的涡带扫射下部转轮室，是叶片背面尾部和转轮室空蚀破坏的主要原因。     

基于现代CFD过程的轴流式水轮机通道的改进设计

阐述采用流动分析商业软件CFX TASCflow求解Navier Stokes方程并结合κ-ε紊流模型来改进轴流式水轮机水力设计的方法.多年来,在轴流式水轮机转轮研究方面作了大量的工作并取得了巨大的进步;然而,随着研究的深入,在提高机组的效率方面单从转轮本身考虑余地有限,除转轮以外,其它过流通道也必须进行充分研究.结合一个轴流式水轮机开发项目,首先通过流动数值模拟研究了半蜗壳内的流动,提出了数值液流角、损失以及流量分配的概念对改进设计非常重要.在蜗壳优化的基础上,进一步指出:由于半蜗壳自身的特点,仅通过改变蜗壳的形状不可能实现固定导叶进口完美的流动结构,并在这种思想下,讨论了采用不同形状的固定导叶以减小固定导叶进口损失来弥补半蜗壳自身的不足,提高水力效率.还优化了一个五叶片的转轮.最后,在最优工况对全通道进行了数值模拟并预估了性能,对两个转轮在优化后的同一通道下进行了同台对比试验.图20表2参2     

轴流式转轮叶片计算机有限元网格自动划分程序研究

在进行轴流式转轮叶片有限元分析时，根据轴流式叶片翼型的特点，运用B样条插值函数研究了叶片有限元网格自动划分程序。运用该方法，可以大大缩短分析轴流式转轮叶片强度的周期，提高工作效率，为在短时间内设计出水力性能优良、满足强度条件的优秀转轮创造了条件。     

水轮机转轮叶片几何和力学参数计算

根据叶片木模图中数据给定方式,推导了混流式和轴流式水轮机转轮叶片的体积、重量、重心位置及正、背面面积计算公式,编制了计算程序。     

三坐标划线机在水轮机叶片制造中的应用

本文论述了三坐标划线机在轴流式水轮机叶片制造中的应用过程，详细介绍了设备布置、工件装夹，辅助工具的准备、测量方式、余量计算以及叶片铲磨中应注意的一些问题。     

轴流式水轮机叶片刚强度计算方法研究

本文通过总结分析国内外轴流式水轮机叶片试验资料，应用有关理论知识，归纳了一种近似的叶片通用压力场分布及其换算方法，并套用于各种水头段的叶片进行有限元计算，找到了轴流式叶片应力、静位移和固有频率计算方法。通过理论分析得出了叶片应力、静位移及固有频率相似准则，应用这些准则，不用进行繁琐的重复计算，利用现有成果就可很快得到所需数据。在上述成果基础上，对叶片结构优化进行了初步探讨。     

汽轮机阻尼围带长叶片振动特性研究

为了获得阻尼围带叶片的振动特性,提高汽轮机阻尼叶片的设计水平,采用扭曲梁单元模型,推导了阻尼围带的刚度和阻尼矩阵,建立了阻尼围带长叶片振动分析模型,并且在分析阻尼围带叶片整圈节径振动时采用了波传递方法进行降阶,以提高计算效率.360mm阻尼围带叶片的分析结果与实验数据吻合良好.然后再详细分析了某阻尼围带末级长叶片的振动特性,获得了叶片的扭转恢复角、静频和动频以及节径振动的坎贝尔图,其中静频和动频与三维模型计算结果对比表明了发展出来模型计算结果的合理性.文中建立的模型也可以推广应用于具有其它阻尼器叶片的动力分析,作为阻尼叶片优化设计的基础,为阻尼叶片设计提供实用工具.     

百叶窗浓缩器内叶片及壁面磨损数值预测

通过数值计算方法预测了百叶窗浓缩器内叶片及壁面磨损的情况。研究了百叶窗结构、来流速度、给粉浓度等因素对浓缩器内叶片磨损的影响,提出了一些重要的防磨原则。     

汽轮机叶片的静动应力分析及高低周疲劳寿命估算

提出了汽轮机叶片静应力和动应力的三维有限元计算模型，并导出了具体的有限元方程。给出了叶片材料的疲劳特性曲线和循环应力应变关系曲线。提出了叶片高低周疲寿命计算模型。最后用该模型对一个实际叶片进行了动静应力分析和寿命估算，计算结果和实际符合较好。     

水轮机模型转轮叶片数控加工的编程系统及其应用

本文介绍了用于水轮机模型转轮叶片的多轴数控加工图象编程系统CSGNC。并介绍了利用该系统对混流式、轴流式叶片数控编程的处理方法和过程,以及对以上两种叶片的加工。     

叶道涡产生机理及对水轮机稳定性的影响

本文采用数值模拟和试验研究的方法,探讨水轮机转轮叶片间叶道涡产生的机理;通过强度计算,分析叶道涡区域叶片静应力和频率的变化,分析了叶道涡对水轮机运行稳定性的影响.     

层状结构中的超声传播理论及其在风力机桨叶除冰中的应用

探索超声波对覆冰桨叶的作用机理,利用势函数推导出复合板层中各层界面应力的计算通式。根据相似原理,在有限元分析软件ANSYS中建立桨叶除冰的物理模型与有限元模型,通过数值计算确定超声波除冰的最佳频率。利用自行开发的6套超声波除冰设备在人工环境实验室中进行桨叶除冰实验,对比数值计算结果与实验结果,验证数值计算数据的有效性,并分析设计的超声波风力机桨叶防除冰原型系统的可靠性。