叶顶间隙对轴流泵轮缘泄漏流动影响的大涡模拟

为揭示不同尺寸叶顶间隙下轴流泵轮缘区湍流特征,采用大涡模拟方法对轴流泵在设计流量下的内部非定常流动进行了数值计算,分析了5种叶顶间隙下泵轮缘间隙区的流场结构。通过泵外特性参数预测值与实验结果的对比,证实本文所提出的方法可较准确反映泵内流动特征。结果表明:随轮缘间隙增加,泵扬程、功率和效率均呈下降趋势;叶顶间隙内泄漏流速度沿径向逐渐增大;随间隙尺寸增加,轮缘间隙主泄漏涡强度及与叶片夹角均增大,泄漏涡的非稳定性增强;当间隙δ/D2大于1.0‰,间隙主泄漏涡发展至相邻叶片正面;当δ/D2大于1.5‰,叶顶间隙内出现间隙分离涡,间隙区形成多个次泄漏涡,其影响范围随间隙尺寸的增加而增大。     

垂直汇流漩涡空化的声测研究

漩涡空化一直是空化空蚀研究中的一个重要问题。本文根据工程中交汇水流漩涡空化空蚀的实例,设计并制造了垂直汇流漩涡空化空蚀的试验模型,用NHC型水下噪声多通道瞬态采集、存贮和处理系统研究了这种漩涡空化的流动形态和空化噪声特征,首次给出了这种漩涡空化模型空化数的计算式、空化噪声声压级与流速及支流管厚度的定量关系。     

轴流泵叶轮叶顶区空化流的数值模拟与实验研究

为分析大流量工况下轴流泵叶顶区空化流场特性,采用修正的空化模型和SST k-ω湍流模型以及结构化网格技术,对南水北调工程某一轴流泵模型叶顶区流场进行数值模拟,并分析其大流量工况下叶顶间隙内的轴向速度和湍动能分布特性,揭示了叶片不同弦长截面的空穴分布和压力场的关联性。采用高速摄影技术,对叶顶区不同空化数下的空化流场进行实验测量,并与数值计算结果进行对比分析。研究结果表明,叶轮叶顶区空化主要分布在叶顶间隙区、泄漏涡卷吸区和涡带区域。在大流量工况下叶顶区空泡分布起始于叶顶叶片弦长中间位置,随着叶顶翼型弦长系数的增加,由叶顶角涡引起的间隙空化从叶顶压力面拐角处发起,并覆盖叶顶间隙区;泄漏涡空化区随着泄漏涡的产生、增强和耗散,与之对应也具有空化初生、发展和溃灭的过程。在大流量空化严重工况下,流动分离诱导叶片压力面前缘约50%区域出现片状空化,叶片吸力面中后部也形成了片状附着空化,同时叶顶区刮起涡空泡、泄漏流空泡和叶顶泄漏涡空化涡带并存,严重堵塞了叶轮流道。     

门槽体型对漩涡及壁面压力的影响

平板闸门是水利水电工程中最为常用的一种水工建筑结构。水流经过门槽时,流态复杂,易产生空化空蚀破坏,影响闸门的安全运行。近几年来,我国高坝建设越来越多,高水头引起的空蚀破坏越来越严重。采用SST k~ω紊流模型对门槽的水力特性进行了研究,主要内容包括:不同来流条件下,门槽内设置不同梯形凸体对门槽内漩涡负压值和位置、门槽边壁负压值和位置的作用。结果表明,门槽内设置梯形突体可以有效地改善门槽内漩涡,漩涡由单一漩涡变化为主、次两个漩涡,随着突体高度的增加,主漩涡漩涡半径减小,边壁最低负压值变化趋势类似于涡心负压。     

梢涡涡核结构的PIV试验研究

涡流动是自然界普遍存在的复杂流动形式,梢涡流场结构与梢涡空化流动具有密切的关系,为了能更清楚认识梢涡空化,需要了解梢涡本身的流动特征,该文以NACA66椭圆水翼为试验对象,利用2D-PIV和2D-3C PIV测量技术在中国船舶科学研究中心的小型多功能高速空泡水筒中对水翼的梢涡流场进行测量,其中2D-PIV测量技术测量平行于梢涡涡带平面的二维速度场,2D-3C PIV测量技术测量垂直于梢涡涡带平面的三维速度场,通过梢涡不同截面的速度场分析了梢涡流场结构,获得了不同工况下的涡核位置、尺寸及速度分布,试验结果表明涡核中心在空间内具有摆动特性。     

轴流泵叶顶泄漏涡及其空化的数值模拟与可视化试验

为了研究叶顶泄漏涡的三维结构及其空化特性,该文以某一轴流泵模型为研究对象,利用修正的滤波器模型(Modified Filter-based Model,MFBM)对轴流泵叶顶间隙流动进行数值模拟,并与试验进行对比。结果表明修正后的湍流模型可以很好地预测泵的水力性能和空化性能。该文通过轴向速度和湍动能分布,详细地解释了不同工况下叶顶间隙内的流场结构。利用最小张量法则,可以判别叶顶区的空化初生现象,且结果与利用最大旋涡准则预测的涡心涡量和压力分布相一致。通过叶顶区的三维涡量分布,揭示了叶顶泄漏涡的三维卷吸过程,表明了叶顶泄漏涡的空间结构。利用数值模拟和可视化试验,说明了叶顶空化涡的类型及其演变过程,尤其是叶片出口处几乎垂直于叶片吸力面的大尺度空化云结构,其初生机理及其诱导的流动失稳等现象将是今后研究的重点。     

悬浮泥沙对水流空化状态的影响

一、概 述 含沙水流中的空化与空蚀现象,是黄河工程中受到关注的重要工程问题之一.黄河流域已建工程的运行实践表明,含沙水流中的空蚀破坏现象不论在形态上或是程度上,均不同于一般清水工程.通常将该现象归结为空蚀与泥沙磨损联合作用的结果.实验及现场调查表明,浑水中的空蚀量不等于清水空蚀量与泥沙磨损量的简单叠加,而只能是固-液两相介质中空化作用的特殊结果.悬浮泥沙的存在,改变了流体的物化特性及流动特性,从而直接影响到空化效应的发生与发展规律,而泥沙颗粒的撞击磨损作用又随     

含沙水流空化与空蚀特性初探

高速含沙水流中的空化与空蚀现象是多泥沙河流高水头泄水建筑物、水力机械等所面临的重要工程问题之一。它与一般清水工程中的空化与空蚀现象的差别在于泥沙效应的存在。含沙水流作为一种特殊的固一液两相流动介质,当含沙浓度或泥沙粒径组成变化时,流动介质的运动特性、物化特性等也会产生相应的变化,从而对空化与空蚀现象产生特定的影响。     

清徐原水直供蓄水池坝下穿管防空蚀措施

温度不变的条件下,因压力下降而形成汽相的过程,称之为空化,空蚀是空化的后果,并非所有空化都造成材料的损坏,只有不稳定的空化,如不定常流动中出现的空化或封闭空泡的尾端,才会引起空蚀。文章针对引黄入晋工程调蓄水池坝下穿管出现的有压过流空蚀问题进行了阐述,对水跃现象、过流问题以及材料抗空蚀性能较弱这三个主要问题进行了分析,并提出了相应的应对措施。     

基于高速摄影的水力机械空化空腔膨胀收缩特性试验研究

水力机械水力不稳定是水电站、水泵站机组和厂房强烈振动、转轮叶片断裂、尾水管撕裂、压力及负荷振荡等稳定性问题的主要来源。空化空腔危害水力机械稳定性理论认为，空化空腔的膨胀收缩循环变化是引起强烈压力脉动及振动的主要根源，但该空化空腔的膨胀、收缩及溃灭并无试验资料证实。采用高速摄影对水力机械空化空腔膨胀收缩特性进行研究，证实了混流式水轮机叶道涡空化空腔、贯流式水轮机叶片两个端面间隙流空化空腔遇低压膨胀、遇高压收缩甚至溃灭的特性，发现贯流式水轮机叶片与转轮室之间间隙流是小尺寸多列漩涡流涡街。     

基于反问题设计的离心泵叶轮泥沙磨损特性优化研究

离心泵被广泛应用于我国黄河沿岸的提灌泵站中。黄河水中的泥沙对离心泵造成的泥沙磨损问题严重影响离心泵的安全高效运行。反问题设计是离心泵叶轮优化设计的常用方法，但作为其关键设计参数的叶片载荷加载方式对离心泵磨损性能的影响尚不清楚。针对叶片载荷加载方式对离心泵叶轮泥沙磨损特性影响的问题，采用固液两相流数值计算的方法，研究了前盖板前加载后盖板后加载、前后盖板均偏中加载以及前后盖板均偏后加载3种不同叶片载荷加载方式对离心泵水力性能、叶轮磨损特性和固液两相流流场特性的影响。结果表明：相比于其它方案，前后盖板均偏中加载方案得到的离心泵具有较优的水力性能。在各工况下，相比于原叶轮，前后盖板均偏中加载方案的叶片最大磨损率减小25%~73%，小流量工况下可减小73%，大流量工况下可减小25%，明显提高了叶片的磨损性能。相比于原叶轮，3种优化方案在前盖板背面流线上的压力分布更均匀光顺;在小流量工况下，前后盖板均偏中加载方案和前后盖板均偏后加载方案叶片表面的固相体积分数较小，各种方案得到的叶片表面的速度分布基本相同;在额定流量工况下，原叶轮的叶片表面体积分数较小，前后盖板均偏中加载方案和前后盖板均偏后加载方案的叶片工作面固相速度大的区域相对较小，固相速度也有所减小。因此，前后盖板均偏中加载方案具有较优的水力性能和磨损特性，可为离心泵叶轮磨损特性的优化提供参考。     

单组分聚脲材料在寒冷地区某大坝溢流面防护中的应用

水利水电工程泄洪建筑物表面经常遭受高速含沙水流或携带推移质的冲刷,经过一段时间的运行,往往会出现不同程度的磨损及气蚀破坏,采用性能优越的水工混凝土抗冲耐磨材料修复和防护尤为重要。本文通过单组分聚脲材料性能试验揭示了材料的特点,介绍了其在新疆某大坝溢流面防护中的应用情况,其处理技术对类似工程具有良好的借鉴意义。     

我国水利学研究主要进展

一、水资源研究 我国天然降水时空分布不均,年际变化大,年内分配集中,连丰期和连枯期时有发生。这些特点是造成我国水土资源不平衡和旱涝灾害频繁发生的基本原因。几十年来,我国在水资源评价、水资源配置、水环境保护、水法规建设和水管理等方面取得了长足进展。通过工程和非工程措施,协调水与社会、经济、     

分流叶片对离心泵内部固液两相流的影响

为了研究分流叶片对离心泵内部固液两相流的影响,建立固液两相流模型,对无分流叶片离心泵和3种带分流叶片的离心泵进行全流道非定常数值模拟。重点分析了添加分流叶片对离心泵外特性、叶片表面压力脉动、叶片表面颗粒体积分数分布、叶片表面颗粒滑移速度的影响。分析结果表明:添加分流叶片以后,离心泵的扬程和效率均有显著的提高,叶片表面的颗粒分布更加均匀,叶片表面颗粒的滑移速度有不同程度的下降,使颗粒对叶片表面的磨损程度得以降低;当分流叶片的进口直径为0.65D2时,叶片出水边处的压力脉动幅值最小,减小了离心泵在运行过程中的振动和噪声。     

Analyzing hydro abrasive erosion in Kaplan turbine:A case study from India

Sediment flow through hydro turbine causes erosion of hydraulic components resulting in drop of turbine efficiency, particularly in hydropower plants of the Himalayan region. The measurement of erosion and monitoring of sediment flow in turbine are major concerns in erosion study. Attempts have been made to study erosion mainly in Pelton and Francis turbines. In this study, a simple and effective method has been presented to measure erosion in a Kaplan turbine of a run-of-river scheme Chilla hydropower plant in foothills of Himalaya. Recent techniques were used to measure sediment parameters like concentration, size, shape and mineral content. A standard erosion model is applied to estimate the erosion in Kaplan turbine blade, runner chamber and draft tube cone. A calibration factor has been proposed to apply the erosion model for site specific conditions. It has been found that the outer trailing edges of the turbine blade and upper runner chamber are most erosion prone zones. Sediment analysis revealed that effective operation can reduce erosion in turbine components. The estimated erosion values from model are found to be consistent with measured values. Finally, suggestions for design improvements and effective operation of erosion affected hydropower plants are given.     

固定导叶安放角及轮缘间隙对混流泵性能影响的研究

对混流泵固定导叶安放角及叶轮轮缘与泵体前盖间隙变化对泵性能影响的试验结果作了介绍。当固定导叶安放角增大时，最优效率工况向大流量方向移动，比转速增大；反之，比转速降低，泵的效率随轮缘处间隙变大会有明显减小，因此，对于可调叶片蜗壳式混流泵应重视固定导叶的设计，合理地选择轮缘间隙的大不。必要时可通过发迹固定导叶安放角来改变已有水力模型的比转速，以适应泵站要求。     

四川省石棉县2013年"7·4"泥石流沟道 侵蚀特征调查及研究

2013年7月4日20时,四川省雅安市石棉县多条沟道暴发了大规模泥石流,且该区为芦山县“4·20”地震作用区,泥石流物源丰富,其中泥石流沟道物源占总物源的64%以上。为了解研究区泥石流沟道物源的侵蚀特征,通过研究区3条典型泥石流沟(后沟、马颈子沟、熊家沟)流通区沟道剖面的野外调查数据,分析该区泥石流在运动过程中,不同剖面位置泥石流沟道的流深、侵蚀厚度与剖面距离、剖面间的相对高差、原沟道宽度之间的关系。在此基础上,首次建立基于沟道曲率半径的泥石流流向差概念,并且得到了研究区泥石流左右岸侵蚀厚度差与沟道剖面间流向差的平均线性函数系数为0.06,泥石流平均侵蚀厚度与沟道剖面坡度的平均线性函数系数为0.09。在此基础上,得到研究区泥石流平均侵蚀厚度与流深的关系为h=5Δh+1.798×10^-15,单位距离侵蚀方量与沟道宽度关系为ΔV=6.845D^0.625。研究结果为对震区泥石流沟道侵蚀特征的认识提供了依据。     

灯泡贯流式机组协联优化试验分析

灯泡贯流式机组具有低水头、大流量的特点,运行中导桨叶协联关系对机组的运行效率及稳定性影响较大。本文针对某灯泡贯流式机组开展了真机协联优化试验分析,通过真机试验对机组的协联曲线进行了优化,提高了水轮机出力及效率,改善了机组的运行稳定性。     

高速潜水轴流泵大流量工况的空化特性

为了研究大流量工况下高速潜水轴流泵的空化特性,基于ANSYS CFX软件,选取Zwart、Kunz以及Schnerr-Sauer 3种空化模型进行大流量工况下高速潜水轴流泵外特性和泵内空化流动特性数值模拟。结果表明:大流量工况下Schnerr-Sauer空化模型预测的外特性变化趋势与试验值最为吻合,相较于另两种空化模型,Schnerr-Sauer空化模型模拟的叶片背面空泡体积分数较高;空化严重区域主要出现在叶片背面进口附近以及叶顶,同一空化数下,流量越大,叶片空化状况越严重;叶片载荷分布由叶片进口边到出口边呈先增大后减小的趋势;各流量下空泡首先出现在叶片背面进口前缘位置,随着空化数的减小,空泡体积分数沿着主流方向朝叶片后缘不断增大直至空泡占据整个叶片背面;叶片背面处的三角形云状空化尾缘空穴极不稳定,随着叶轮旋转,尾缘处空泡微团逐渐脱落,朝着相邻叶片不断移动,对相邻叶片的工作面产生侵蚀破坏,导致叶片载荷发生变化,对轴流泵水力性能产生影响。     

多工况下不同叶片包角的斜流泵水力特性研究

为研究多工况下不同叶片包角的斜流泵水力特性,在斜流泵叶片包角取值范围内和主要几何参数不变的条件下,对包角为60°、65°、70°、75°和80°的斜流泵模型进行8Q_d、1.0Q_d、1.2Q_d三种流量工况下的数值模拟计算。多维度内部流场分析结果表明:(1)随着流量的增加,叶轮内部流道流场回流漩涡现象减小,效率逐渐提高;(2)截面1中在设计流量Q_d条件下,随包角(60°~70°)的增大,最大压力值逐渐减小,叶片流道扩散和逆压梯度降低,水力特性整体较优;(3)在(70°~80°)范围内压力最大值依次减小,摩擦阻力也随之增加,叶片包角存在一个最优值;(4)截面2中70°、75°和80°三种叶片包角方案速度矢量值随着流量Q的增加逐渐增大,在60°和65°方案下无明显变化规律。研究成果为叶轮叶片包角的综合评估和选择提供参考。