双向开敞式立式轴流泵装置数值模拟

基于CFD技术,采用RNGκ-ε湍流模型,对三干河开敞式立式轴流泵4个工况进行全流场数值模拟,选取工况2和工况3泵装置流线,对叶片压力、流线、速度和矢量分布以及导叶片的速度矢量等进行分析,并将模拟计算结果与试验结果进行对比。结果表明,模拟结果与泵段和泵装置模型试验数据较为吻合,本泵满足运行要求。本研究成果对同类泵站的选型和设计具有重要参考价值。     

模型轴流式水轮机飞逸过程三维CFD数值模拟

水轮机飞逸参数的准确计算直接影响水轮发电机组的造价与安全,是水电工程设计的重要内容之一。针对现有数值解法在水轮机飞逸过程计算中,计算精度较低,无法直观反映流场内特性,本文建立了一种非稳态过程三维CFD数值模拟方法,并以某模型轴流式水轮机飞逸过程为例,进行了三维数值湍流计算,获得了模型机组到达最大转速时所需时间、最大飞逸转速值、飞逸过程内特性流场演变规律以及转速、流量、力矩与测点静压随时间变化的曲线。对上述计算结果进行分析比较可知,计算所得最大飞逸转速与试验值非常接近,误差在1.5%以内;所得力矩及流量等外特性参数变化过程均符合高比转速水轮机理论特性;当转速增大到某一数值之后,尾水管水力稳定性急剧恶化是引起机组振动的主因。     

轴流式水轮机模型飞逸过程三维湍流数值模拟

通过作者建立的非稳态过程三维湍流数值模拟方法,模拟了轴流式水轮机模型飞逸过程,并进行了其三维数值湍流计算,获得了机组到达最大转速时所需时间、最大飞逸转速值、飞逸过程内特性流场演变规律以及转速、流量、力矩与测点静压随时间变化的曲线。计算结果表明,所得最大飞逸转速与试验值非常接近,误差在1.5%以内;所得力矩及流量等外特性参数变化过程均符合高比转速水轮机理论特性;当转速增大到某一数值之后,尾水管水力稳定性急剧恶化是引起机组振动的主因。     

灯泡机组过渡过程特点与防飞逸措施

与轴流转浆式水轮发电机组相比，灯泡贯流式水轮发电机组的过渡过程与防飞逸措施，有许多不同之处，应区别对待。宜采用重锤作防飞逸措施。     

初始运行工况对水泵水轮机飞逸过渡过程水力特性的影响

飞逸过渡过程是抽水蓄能电站可能发生的一类事故工况。此过程中水泵水轮机的转速、流量和压力大幅改变,转轮流态极易恶化,可能引发剧烈压力脉动和转轮受力失衡。水泵水轮机初始运行工况是飞逸过程的重要控制因素之一,但其对此过程中机组水力特性的影响尚不明确。本文用一维管道与三维水泵水轮机耦合的数值模拟研究了某模型抽水蓄能系统中水泵水轮机从两个不同初始运行工况发生飞逸过程时水力特性的差别。结果表明,相对于流动条件较好的额定工况,由流动条件较差的部分负荷工况开始的飞逸过程更容易引起水泵水轮机运行轨迹的剧烈跳动以及流道压力脉动和转轮径向水推力的幅值突增,原因是在此过程中更易形成转轮流动失稳,机理是过渡过程中的瞬时流态保留有相应初始工况的部分流动特征,即瞬时流态的演化存在迟滞效应。因此,在当前不断拓宽抽水蓄能机组运行范围以满足电网容量调节需求的背景下,应充分考虑初始运行工况对可能发生的飞逸过程的影响。     

双向开敞式立式轴流泵装置数值模拟

基于CFD技术,采用RNGk－ε湍流模型,对三干河开敞式立式轴流泵4个工况进行全流场数值模拟,选取工况2和工况3泵装置流线,叶片压力、流线、速度和矢量分布以及导叶片的速度矢量等进行分析,并将模拟计算结果与试验结果进行对比。结果表明,模拟结果与泵段和泵装置模型试验数据较为吻合,表明该泵满足运行要求。该研究成果对同类泵站的选型和设计具有重要参考价值。     

火电厂冷却水系统水力过渡 过程数值模拟

根据火电厂冷却水系统在循环水泵正常启、停泵或事故停泵等工况下,管路系统的驼峰点可能会出现水柱分离、汽化等复杂的水力过渡过程现象,本文结合工程实例进行了火电厂冷却水系统水力过渡过程研究,对虹吸井的断面面积与布置位置、空气阀的进排气口口径以及水泵出口液控蝶阀的关闭程序进行了比较分析,提出了较为合理可行的水锤防护措施以便优化工程设计。     

立式轴流泵装置内部流动特性数值分析

水泵流量是影响水泵运行效率和能量变化的重要参数之一,为明确轴流泵装置内各过流结构的能量变化规律,基于雷诺时均Navier-Stokes(RANS)控制方程和RNG k-ε湍流模型,对轴流泵内部流动情况进行数值模拟,分析各特征工况(小流量工况0.3 Qbep、最优流量工况1.0 Qbep和大流量工况1.2 Qbep)下装...     

无压隧洞水力过渡过程数值模拟研究

水电站引水发电系统无压隧洞中的水力过渡过程是近年来电站设计中出现的一个新课题,特别是流域梯级电站开发中经常遇到.结合工程实例应用扩散法,给出了无压隧洞水力过渡过程数值模拟的基本方程以及上下游及弃水堰等边界附加方程,计算得出了无压隧洞内的水位变化过程.     

大寨河闸站立式双向流道轴流泵装置CFD分析

针对大闸河闸站双向流道泵装置进行CFD数值模拟计算。在设计流量工况下,对包括进水流道及延长段、叶轮、导叶,出水流道及延长段在内的泵装置全流道进行计算分析。计算结果表明,大寨河闸站双向流道泵装置整体性能较优,进水流道水力性能较好,入泵水流流态较好,出水流道内流态受到速度环量影响较大,需多加关注。     

紫坪铺水电站水力过渡过程数字仿真

针对紫坪铺水利枢纽工程水头变幅大，工况变化多且频繁的特点，对水轮机典型工况甩负荷水力过渡过程进行了数字仿真。建立了串联管连结处瞬变流计算数学模型，采用三维空间曲面的形式对水轮机特性进行描述和插值，开发了基于WINDOWS界面的水力过渡过程数字仿真软件。     

混流式水轮机飞逸过程瞬态流动与能量耗散研究

水轮机经历飞逸过程时,其内部将出现流动分离、涡漩及高振幅压力脉动等瞬态水力特性。为明确其在飞逸过程的不稳定流动特性,本文以某典型水头段混流式模型水轮机为研究对象,对其由额定转速过渡至飞逸转速的瞬态流动过程开展研究,数值计算获得的飞逸单位转速及流量与试验测试结果吻合较好。结果表明:飞逸过程中,转轮进口处水流在大冲角作用下形成较强的流动分离,诱发转轮叶片通道产生大尺度的涡漩结构,且随转速升高,涡漩体积逐渐增大,对主流形成强烈扰动。过流部件内均捕捉到低频、宽频特征的高振幅压力脉动,频率范围在0.5倍叶频以下,且对应的转轮域压力幅值最高。进一步,本文基于能量平衡方程分析水轮机能量耗散特性,发现各过流部件能量耗散主要发生在转速上升的初始阶段,且转轮和尾水管内的能量耗散之和超过耗散总量的90%。此外,湍动能生成项和雷诺应力做功项远大于黏性耗散项和黏性力做功项,表明不稳定飞逸过程中的能量输运和耗散主要由湍流主导。转轮内的主要能量耗散位置与涡漩结构位置对应,表明转轮内流动分离诱导的复杂涡漩结构是引起能量耗散的根源,为进一步揭示水轮机飞逸过程的能量耗散机制研究指明了方向。     

快速闸门断流的轴流泵起动过程三维数值模拟

针对轴流泵机组起动过程的研究是泵站安全稳定运行研究的重要环节。为了准确捕捉轴流泵机组在起动过渡过程中的动态特性,建立轴流泵机组的全流道三维模型,采用三维CFD计算软件Fluent,利用基于有限体积法的动网格技术,配合VOF多相流模型对快速闸门断流的轴流泵机组起动过程进行了三维瞬态数值模拟,获得了轴流泵机组起动过渡过程中的流态变化及外特性参数的变化规律。闸门开启时间为60s时,机组起动扬程在12s时达到最大值2.76m,为运行扬程的1.28倍。减小快速闸门开启时间能够降低机组最大起动扬程,但同时会加剧回流及闸门处的水流撞击。计算结果表明:动网格技术结合VOF多相流模型可以较好的应用于快速闸门断流的轴流泵机组起动过渡过程数值模拟中,其结果可为泵站水力设计及轴流泵机组的过渡过程研究提供参考。     

空化对轴流泵叶轮能量转化特性的影响

为了研究轴流泵空化对叶轮内部流动特性以及能量转化特性的影响,结合SST CC k-ω湍流模型与均相多相流模型对轴流泵进行了非定常空化计算。结果表明:随着有效汽蚀余量的逐渐降低,轴流泵内空化体积分数逐渐增加,诱导叶片表面出现侧向射流与漩涡等不良流态,对叶片出口流场的均匀性产生不良影响;自叶片进口至叶片出口,空化区域内的液体相对速度较未空化时增大,绝对速度与静压较未空化时减小。沿轴向,在无空化与空化初生时,动静扬程先不发生变化,随着泵进口压力逐渐降低,当有效汽蚀余量a=5.33 m时,静扬程不变而动扬程出现小幅增加,泵的水力性能出现小幅上升;在a=4.71 m时,静扬程下降且下降幅度高于动扬程上升幅度,泵扬程效率明显下降。随着空化程度的进一步增大,动静扬程继续下降,轴流泵水力性能急剧下降。     

大型水泵直联排水系统水力过渡过程研究

基于特征线法对大型水泵直联排水系统的水力过渡过程进行了研究。以河南省某矿井直联排水系统为实例,利用仿真程序,针对该直联排水系统可能出现的2种产生严重事故后果的水力过渡过程进行了计算和分析,并进一步研究了泵出口阀门对系统过渡过程的影响。研究成果可为该类直联排水系统的安全运行、规避风险、提高系统可靠性提供技术依据。     

引江济汉工程膨胀土处理研究与实践

在大量试验研究的基础上,建立了适合工程区域地质特点的膨胀土判别与分类方法。借鉴其他工程成果,按照样本数量1/3的方法划分渠道膨胀土的膨胀潜势等级。针对不同类型渠段,制定了相应的工程处理措施,对工程后续设计与施工具有重要的指导作用,取得了良好经济效益与社会效益。     

横流环境中射流的数值研究

本文采用标准的k-ε模型及混合有限分析法对均匀横流环境中的铅直圆形射流进行了(射流比0.5～8)数值分析。所得射流轨迹线与实验资料吻合良好，且与理论分析得出了各种射流比(射流出流速度与横流速度之比)情况下的射流轨迹线、对称面上的内外边界线的统一数学表达式，得出了水平面上示踪质影响的最大宽度、射流横断面浓度最大值偏离射流中心值与射流比的关系式，还得出了射流是否发生附壁及产生分叉现象的界限值。文中数值结果清晰地显示射流背流面存在马蹄形的流动结构。     

全贯流泵流动特性数值模拟和性能预测

为研究全贯流泵(电机泵)的性能,采用CFD软件对全贯流泵模型装置进行三维流动数值模拟,分析了全贯流泵内部流态和整体性能。结果表明:全贯流泵模型装置在各个工况下前导叶进口流速均匀度均在97%以上、叶轮进口流速均匀度均在91%以上,均匀度足以保证水泵性能。进水喇叭管、前导叶水力损失小,后导叶、出水喇叭管水力损失大。出水喇叭管出口断面流速分布不均匀,流态差。该装置最高效率为69.47%,对应工况流量为290L/s时,扬程为4.855m。在各个工况下,全贯流泵模型装置扬程比对照轴流泵装置扬程小,效率比对照轴流泵装置效率低,消耗的轴功率比对照轴流泵装置消耗的轴功率多。全贯流泵管路短,出水喇叭管出口流速大,扩散不充分,水力损失大,这是全贯流泵装置效率低的主要原因。     

导叶进口安放角对轴流泵性能的影响

为了探究导叶进口安放角对轴流泵性能的影响,采用CFD三维流动数值模拟技术对泵段模型进行分析,对其水力特性和内部流态进行研究,并与模型试验结果比对。结果表明,导叶进口安放角的变化只对导叶和出水部件有影响;在导叶进口安放角依次增加5°的三种模拟方案中,方案2在流量为355 L/s时泵段的综合性能最好,其泵段最高效率为87.0%。方案1的导叶进口安放角高效区向小流量偏移,高效区范围较小,流量向非设计工况变化时效率下降较快;方案3的导叶进口安放角高效区向大流量偏移,高效区范围较大,流量向非设计工况变化时效率下降较慢。在实际运行中,适当增大导叶进口安放角可以提高轴流泵在大流量工况下的效率,但同时应防止导叶进口安放角太小导致水泵高效区范围太小。