负倾角水泵水轮机转轮水轮机工况压力脉动特性研究

为了系统地研究负倾角转轮机组在额定出力工况及50%出力工况下机组不同位置的压力脉动特性,以某抽水蓄能电站负倾角转轮为基础,通过三维建模软件UX建立全流道计算域,然后采用ANSYS ICEM和TURBOGrid划分全流道结构网格;并采用ANSYS CFX进行数值模拟得到各压力监测点压力脉动信号。计算结果表明,在两种工况下,机组压力脉动主频均为叶片倍频;负倾角转轮机组压力脉动振幅沿负z方向明显升高;机组压力脉动振幅随流动方向先升高后降低,在无叶区位置达到最大值。     

水泵水轮机启动过程转轮叶片受力分析

为了研究水泵水轮机水轮机工况启动过程转轮区域流态对叶片载荷的影响,以某水泵水轮机模型为研究对象,采用Realizable k-ε湍流模型开展水泵水轮机全流道三维数值计算,运用UDF技术和动网格方式,控制启动过渡过程活动导叶的开启过程,分析机组启动过程中转轮的转速变化,并与试验结果进行对比。结果表明：数值计算与试验结果吻合度较高,该文数值计算准确可行;启动过程中,在0~5 s区间,转轮叶道中间分布明显沿周向规律分布的叶道涡,叶道涡随开度的增加及转轮叶片来流条件的优化逐渐变小然后消失;启动过程来流与转轮叶片工作面发生冲击并在此区域形成高压区,导致叶片工作面进口位置压力载荷集中、相同半径处叶片工作面背面压力差较大。启动过程中转轮叶片来流与叶片工作面发生冲击是叶片压力载荷集中以及叶道涡的主要诱因。     

提高水泵水轮机流动可视化图像质量的方法

利用PIV流场测试技术,对低比速混流式模型水泵水轮机转轮在水轮机工况下进行了可视化研究。为了改善图像质量,采用图像去噪与锐化等图像处理方法对提高图像解析精度和减少错误矢量有一定作用,尤其采用图像运算增加图像信息量的方法,是一种改善图像质量非常有效的方法。     

混流式水轮机改造前后内部流动特性对比分析

为探究混流式水轮机改造前后的能量性能、空化性能及水力稳定性,基于流场数值模拟方法,对改造前后的水轮机进行全流道三维定常空化湍流计算及全流道三维非定常湍流计算。结果表明,改造后的水轮机临界空化系数降低13%,效率提高6.2%,且改造后水轮机转轮与活动导叶交界面处4个监测点脉动幅值最大降低17.8%,最小降低7.1%,该水轮机组的抗空化空蚀性能及可靠性均得到极大的提高,对混流式水轮机组的改造有一定的指导作用。     

水泵水轮机在水轮机工况下转轮内不稳定流动及其演化

为了揭示水泵水轮机水轮机工况转轮内的不稳定流动及其演化过程,以模型混流式水泵水轮机为研究对象,对选定导叶开度下水轮机S特性区附近工况进行数值模拟研究,捕捉该开度下的转轮内不稳定流动并进一步揭示其产生机理。结果表明：沿等开度线,转轮内部出现了非定常涡以及旋转失速。其中,旋转失速表现出稳定的周期性特征,失速团造成通道严重阻塞,并以亚同步转速在叶片通道内传播。进一步分析表明,旋转失速由转轮内的非定常涡发展而来,涡结构发展造成的部分叶片通道阻塞促使了这一转化过程。     

超低水头两叶片灯泡贯流式水轮机流动特性数值模拟研究

鉴于大力开发超低水头(H＜5 m)水力资源能有效缓解我国能源短缺的问题,基于ANSYS Workbench平台,对两叶片灯泡贯流式机组进行最小水头、额定水头及最大水头下的数值模拟计算.结果 表明,在最大水头下,转轮叶片和尾水管极易发生空蚀破坏;导叶与转轮、转轮与尾水管间的动静干涉是造成流道内压力脉动的主要原因,而尾水管...     

水泵水轮机“S”特性区的流动机理及研究进展

水泵水轮机作为抽水蓄能电站中实现能量转换的核心部件,也是抽水蓄能技术国产化过程中的关键。本文介绍了水泵水轮机近几十年国内外的研究发展现状,针对水泵水轮机由于结构的特殊性在"S"特性区内低水头运行时常发生机组并网困难或者在甩负荷过程中水压异常上升的问题,通过描述"S"特性区的形成机理并从形成机理、设计方法、研究方法和流道内部不稳定流动特性等方面入手分析了现有相关研究中存在的问题,总结了"S"特性区对抽水蓄能电站的不利影响及其相对成熟的预开导叶法,并且认为今后的研究重点为优化水力设计。     

多工况条件下变叶片数潮流能水轮机能量及流动特性研究

文章建立了潮流能水轮机水动力性能数值计算模型,通过实验验证了利用该模型预测水轮机尾流的准确性,并利用该模型研究了潮流能水轮机在不同叶片数和不同叶尖速比条件下的能量和流动特性。研究结果表明:该数值计算模型在预测尾流速度亏损和湍流强度方面具有较好的精度,尤其在远尾流区,数值计算结果与实验结果保持一致;当叶尖速比(TSR)为4.5左右时,3叶片和4叶片的潮流能水轮机具有相对较高的获能系数,此结果对于水平轴潮流能水轮机的设计具有一定的指导意义。     

水泵水轮机调相运行水环内部流动分析

水泵水轮机调相运行是抽水蓄能机组转换工况的一个重要过程,在泵工况下压水起动过程中,转轮腔体内注入压缩空气以降低泵启动所需功率。以中比转速水泵水轮机的模型为例,基于RNGκ-ε湍流模型,采用VOF多相流模型对水泵水轮机运行在泵工况压水起动阶段的水环现象进行非定常流动分析,探讨水环现象下不同冷却水流量对无叶区内部流动的影响。结果表明,空气与水在无叶区内形成明显的交界面,构成一定厚度的水环,该水环可有效阻止空气从转轮腔体内泄露至蜗壳内,起到对空气的密封作用。同时在不同冷却水流量下,无叶区内的压力脉动均呈动静干涉现象,其主频为叶片通过频率。     

水轮机转轮叶片加厚及木模图绘制的计算机辅助设计

本文介绍了在流面上进行叶片和加厚并直接绘制木模图的计算方法，它不必通过叶片正、背面轴面截线来绘制木模图。这种方法不仅计算精度高，而且方法简便。图８参２     

在定常流动下混流式水轮机叶片横向振动特性分析

使用一般壳体理论及ALE描述下叶片近壁区流动控制方程，在正交流线坐标系中建立了描述混流式水轮机叶片振动的一般方程，并将叶片在流向与展向的振动对横向振动的影响表示为参数函数，构造出描述叶片横向振动的Mathieu方程，从而可利用数学上熟知的Mathieu方程的特性分析叶片的横向振动。     

预弯对10MW级风力机叶片气动特性的影响

为分析预弯处理对10 MW级风力机叶片气动特性的影响,以DTU 10 MW风力机为例,采用CFD数值模拟方法,研究均匀来流不同风速下风力机的输出功率,并与BEM计算结果进行对比。同时,对比分析直叶片和预弯叶片风力机的功率特性、沿展向出力分布、沿展向不同截面翼型的流动特性。研究结果表明,直叶片各截面翼型的压力差较预弯叶片的大,做功能力较强。预弯通过对叶片的三维流动产生扰动,进而影响风力机的输出功率,且主要体现在叶片展向70%～90%的位置。研究成果可为风力机叶片气动性能的设计与优化提供参考。     

旋转气冷涡轮流场的数值模拟

应用数值计算的方法,对采用气膜冷却的涡轮叶片在静止和旋转状态下的流场进行数值模拟,研究涡轮叶片在静止和旋转状态下冷却射流和主流的掺混流场结构.结果表明:涡轮叶片压力面极限流线在静止和旋转两种工况下的区别比较明显.旋转使得马蹄涡的尺度有所加强.压力面和吸力面侧都存在明显的反向涡对结构;在吸力面,反向涡对的对称性比压力面的好;反向涡对随着下游距离的增大逐渐减弱,同时旋转使得掺混流场的轨迹有向叶片径向偏转的趋势.旋转工况下涡轮压力面侧反向涡对的衰减速度和程度变化明显,吸力面侧涡对的涡心位置更靠近叶片壁面,涡的影响区域也较小.     

气动载荷对风力机叶片动态结构特性影响分析

建立复合材料风力机叶片铺层模型,针对叶片结构进行动态特性分析,主要通过模态分析研究了气动载荷对叶片固有频率的影响。借助ANSYS(有限元分析软件)复合材料模块,根据叶片几何和铺层参数实现叶片建模,并通过实验值验证了有限元模型的准确性。基于叶素-动量理论计算获得叶片极限气动载荷,以极限载荷的20%为载荷步,分析了叶片结构特性受载荷影响的变化趋势。结果表明:叶片所受载荷增加会导致叶片各阶固有频率下降,同时其摆振振型对应的固有频率受载荷影响较大;气动载荷会削弱叶片各微元段向平衡位置恢复的能力,导致叶片截面刚度下降,进而引起叶片固有频率降低。     

涡轮导叶轴向弯曲对其气动性能影响的研究_三维粘流数值分析

近年来计算流体力学在叶轮机械中得了应用,在三维计算方法有了很大的进。与之同时,从学院式的研究到工业应用的过渡已经开始。中国科学院工程热物理研究所在最近二十年内致力于发展各种轮机械三维流动的计算方法。本文的目的是介绍作者的方法和应用它来研究分析一个典型的大长径比涡轮导向器气流流动的物理现象。本文给出了一些研究结果和建议。     

前加载和后加载叶片气动性能的数值研究

采用数值计算的方法对后加载和前加载叶片的气动性能进行了详细的分析,研究了无扭曲的叶片与弯曲叶片的压力系数分布以及负荷分布特性,分析了后加载和前加载叶栅内总压分布规律和总压损失沿叶高的变化情况.数值计算得到的后加载和前加载无扭曲的叶片中部压力系数分布与平面叶栅试验数据吻合良好,后加载弯曲叶片和前加载弯曲叶片的近叶顶、中部和近叶根处的压力系数分布与试验数据基本吻合.     

船用汽轮机带冠叶片动力特性研究

利用大型有限元通用程序MSC／NASTRAN对蒸汽轮机带冠叶片进行了动力特性研究,讨论了 边界条件处理、冠间“紧度”和受力情况,并对一实例进行分析。     

1,5级变几何涡轮非定常流动特性研究

可转导叶由于端部间隙和转轴的存在,会产生复杂的二次流动。本文对LISA涡轮进行变几何改型,采用几何约化法对该1.5级变几何涡轮进行数值模拟,详细探究了可转导叶间隙高度对可转导叶（S1）涡系的流动细节和载荷的影响,并深入研究其非定常流动对下游叶排的干涉及二次流输运过程的影响。计算结果表明：泄漏涡（LV）、角涡（CV）和通道涡（PV）共同组成了可转导叶的涡系;可转导叶端部间隙高度影响流动损失和级效率大小,设计间隙下该变几何涡轮S1时均总压损失系数Y为10.32%,涡轮时均总总效率ηtt为82.26%;可转导叶的尾缘泄漏涡使第1级动叶（R1）流动产生强非定常性;可转导叶的尾缘泄漏涡和R1泄漏涡、壁面涡是造成第2级静叶（S2）流动非定常性的主要因素。     

水泵水轮机泵工况下内部空化特性分析

为研究空化条件下水泵水轮机泵工况的内部空化特性,基于ANSYS CFX(有限元分析)软件采用k-ε湍流模型、均质多相模型和Rayleigh-Plesset方程,对某抽水蓄能电站模型机进行了全流道非定常空化流动数值计算。根据模拟结果预测了水泵水轮机泵工况工作无空化时的能量特性和空化发生时的空化性能,并与试验数据对比。结果表明:流场数值计算成功地捕获到了空化发生、发展及空间演变过程;随着空化数的变化,空泡在叶片背面进口附近产生,然后沿着流线向叶轮出口扩散,并随着流道过流面积的增大向叶片工作面扩展,直接影响叶片上的压力分布和叶片中间流线上叶片载荷分布;在空化严重时,会造成叶轮流道内流动紊乱和严重堵塞,导致效率的大幅下降,对机组安全稳定运行非常不利。     

全冠与部分冠轴流涡轮流动的数值模拟

采用数值模拟方法对某1.5级轴流带冠涡轮的流场进行了研究,分析了全冠、部分冠以及改进的部分冠密封的流场及总体参数。研究结果表明,相对于全冠密封,未改进的部分冠密封降低了涡轮的效率,而改进的部分冠使效率提高到与全冠基本相等。由于叶冠容腔泄漏流周向速度与主流速度不同,导致90%以上叶展出口气流角小于主流的出口气流角,与未改部分冠相比,改进的部分冠减小了这种气流角差别和掺混损失。未改部分冠前部存在压力面向吸力面的横向流动,这种流动造成很大的损失,而改进的部分冠密封减弱了这种横向流动。