吉林台水电站泄洪洞突扩掺气体型的试验研究

吉林台深孔泄洪洞模型试验，通过对偏心铰弧门突扩掺气体型水流流态、空腔特性及其对掺气量的影响、侧壁压力分布等进行观测，对突扩掺气体型水力特性进行研究，并对其空化特性进行分析。     

非对称入口条件下突扩流动的数值模拟

为了研究非线性所引起的流动多解性现象,采用流甬数方程,对平面二维突扩流动进行数值模拟.控制方程离散时对流项取迎风格式.求解离散方程采用松弛因子为0.4的显式迭代,取得满意的效果.经检验,与Durst F等人的实验结果吻合良好.通过对突扩前断面非对称突扩流动情况进行数值计算,结果表明突扩后流动是否产生偏转主要取决于雷诺数的大小.如Re=10时,流动对称;Re=56时流动基本对称;Re=114时流动明显偏转.如若发生偏转,其方向是随机的,取决于迭代顺序及初值的给定情况.由此证实了非对称突扩流动情况下多解的存在,同时也进一步检验了所提出的数值模拟方法的有效性.     

高水头弧形闸门突扩跌坎及掺气设施体型研究与工程实践

随着水电工程的泄水孔道设计向高水头方向发展,采用突扩跌坎弧形门布置方式可以较好的解决高水头弧形闸门的止水安全等问题;但结合掺气减蚀设施布置的突扩跌坎具有不同于一般闸门孔口的水力特性,一些工程出现了原因各异的破坏现象。通过对国内外部分采用突扩跌坎布置的泄水孔道体型参数以及运用情况的分析,对水布垭面板堆石坝高水头放空洞突扩跌坎及掺气设施进行了综合选型,并进行了水力学模型试验,研究了突扩跌坎闸门区的水力特性、空化特性及水流掺气特性,分析了530m长的高速明流洞只设一道掺气设施的可行性。经过原型工程长时间、超高水头的泄洪考验,放空洞突扩跌坎闸门区与高速明流洞均无空蚀现象,表明水布垭面板堆石坝高水头放空洞弧形闸门突扩跌坎掺气设施选型以及在530m长的高速明流洞只布置一道掺气设施研究取得了成功,可供同类高水头泄水建筑物设计时参考。     

突扩管道流动加速腐蚀模拟研究

本文利用Fluent软件模拟突扩管下游的流场分布情况,通过改变入口流速和管道突扩比,得到不同条件下管道下游传质系数的分布规律;基于建立的数学模型,得到突扩管下游的传质系数、腐蚀速率与入口流速、管道突扩比之间的关系。结果表明:入口流速一定时,突扩管下游的传质系数和腐蚀速率随着突扩比的增大呈增大趋势,并且峰值位置均向流动方向偏移;突扩比一定时,突扩管下游的传质系数和腐蚀速率随着流速的增大而增大,峰值位置向流动方向移动;模拟结果和实验结果基本吻合。     

泄洪洞模型进口立轴漩涡试验研究

泄洪洞的泄洪安全一直是水利工作者的重要研究课题,其中关于立轴漩涡的研究也是一个重点.本文在大型水电站整体模型上,对泄洪洞进口立轴漩涡的进行了试验观测.本文试验中,在不同的泄洪洞进口淹没水深的情况下,对立轴漩涡的产生发展过程进行了细致观测,研究了立轴漩涡形态在不同阶段的变化过程.同时,为了研究立轴漩涡强度的变化,本文利用PTV流场实时测最系统对泄洪洞进口处的漩涡表面流场进行了试验观测,对漩涡的大小及强度变化进行了深入研究.试验结果显示,淹没水深超过临界值以后,立轴漩涡的强度随淹没水深表现出逐渐增大的规律.     

突扩突跌侧空腔掺气水力特性大涡模拟

基于模型试验和大涡模拟紊流模型及具有自由面追踪功能的VOF单流体模型,对中闸室出口处突扩突跌掺气设施侧空腔长度和侧墙上的水力特性进行了试验和数值模拟研究。试验与数值模拟结果表明：大涡模拟可以更为精细地揭示近壁水流特性。本文的掺气设施可形成较长的侧空腔,水流与侧墙接触后侧墙上未见负压区存在,水流对侧墙的动态冲击会在靠近侧墙的下游水流中形成大量气泡;较大的水翅不利于侧空腔的掺气,并会引起下游水流产生不利的流态。     

突扩突跌掺气射流对泄洪洞侧墙水力特性的影响

采用VOF和RNGk-ε紊流模型模拟突扩突跌型中闸室出口高速三维掺气射流。突扩掺气射流冲击壁面的反射作用使近壁流动具有强烈的各向异性,反射流向洞顶扩散形成水翅,突扩宽度和闸室出口水流佛汝德数是影响水翅的主要因素。出闸射流碰撞泄洪洞底板后,反射形成侧壁压力中心,其周围具有较大的压力梯度,容易诱发剪切空化。     

船闸输水阀门后底突扩廊道流态特性分析

高水头船闸输水反弧门开启过程中，阀门后廊道内产生非恒定分离回流与旋涡运动，容易发生水流空化。本文通过二维数值计算，给出了反弧门后底突扩后廊道内流态随阀门开度的变化，分析了小开度平稳变化型、大开度剧烈振荡型与满开度准恒定型三种不同流态的特征与发生、发展机理，比较、分析了阀门后廊道底部突扩体型与顶部渐扩体型水动力特性的异同。     

进水口自由表面漩涡特性研究

本文通过室内水槽试验,形成一个自由表面立轴漩涡,并采用对流场无干扰的二维粒子图像测速技术(PIV)对自由表面漩涡的流速场进行了测量,获得了立轴漩涡的切向速度分布、环量分布及水面线数据。另外在试验数据的基础上,通过理论分析建立了描述漩涡水力特性的数学模型,包括切向速度以及漩涡水面线的分布方程。经过与前人的数学模型对比显示,本文提出的模型与试验结果拟合更好,切向速度最大值为in m0.716Γ2πr与试验数据相符,另外公式的变化趋势与实测数据相同且光滑连续。本文的研究结果可以为解决实际工程中的漩涡问题,以及更深入的研究提供数据和理论依据。     

600 MW机组排汽缸流场特点及其结构优化

排汽缸结构复杂,导致流场混乱,容易形成不同程度的漩涡,造成能量损失.为此,运用流体计算软件Fluent对排汽缸进行数值模拟,研究了其内部流场特点,分析了扩压管出口宽度和内壁倾角对扩压管出口处流场的影响.流体从扩压管流出后,向上翻转进入上半缸,在上半缸形成了另一个漩涡.针对排汽缸内不同形式的漩涡,对扩压管出口结构进行优化改造和在拱顶处加装导流挡板,存在一个最优的扩压管出口宽度和内壁倾斜角度,使得扩压管出口附近漩涡最小;导流板的数量和安装位置对漩涡有不同程度的影响,通过模拟得出了最佳的挡板组合,能最大程度削弱排汽缸内的漩涡,改善其性能.     

垂直坐标系对于水温分层流动模拟的影响研究

随着高坝水库的建设和高性能计算机的出现,以往应用于大洋的三维模型正越来越多的应用于水库分层流动的模拟中。作为三维模型的建立基础,垂向坐标系对于小尺度区域模拟精度的影响研究目前尚不多见。基于物理水槽分层流动实验结果,评估了最常用的笛卡儿z坐标系和σ地形坐标系对于流场和温度场的模拟精度影响。结果显示两种垂直坐标系均适用于分层流模拟,但σ垂直坐标系模型模拟结果精度更高;与σ坐标系相比较,z坐标系由于底部阶梯水体静力不稳定和虚拟漩涡放大了垂向扩散能力,使得速度以及温度分层强度偏小;水平速度场显示,z坐标系对于底部的阶梯化处理会引起底部速度场的失真,等温线也呈相应的阶梯型变化趋势。     

尾水管空腔涡对抽水蓄能电站系统稳定性的影响北大核心CSCD

抽水蓄能电站在我国发展势头强劲,但发电工况中由尾水管空腔涡导致的机组功率振荡现象频发,严重危及电站和电网安全。本文为了研究空腔涡对输水发电系统稳定性的影响,从一维频域角度,分别构建了包括空腔涡在内的单管单机调节系统的传递函数和一洞两机系统的总体矩阵,并进行相应的稳定性计算分析。结果表明:与调速器影响相比,空腔涡影响对输水发电系统的稳定性起着决定性作用。当空腔涡诱发功率振荡时,系统不存在稳定域;当系统受到空腔涡影响却不足以发生功率振荡时,存在与无空腔涡时基本相同的稳定域。但空腔涡参数量级很小,随时可能因机组运行工况的变化而变化,进而诱发功率振荡。这为实际电站运行避免空腔涡引起系统失稳提供了理论依据。     

多孔横向紊动射流涡量场的数值分析

应用realizable k-ε紊流模型并结合SIMPLEC算法，分别对单圆孔、双圆孔和四个圆孔的涡量场进行了数值模拟，近壁区流动的处理采用两层模型的壁面函数法，计算得出了不同工况下的剪切层涡、马蹄形涡和反向涡旋对(CVP)。结果表明：在多孔射流中，由于前面射流的遮挡作用，使得后面射流剪切层涡发生的位置升高；在多孔射流中，当多股射流合并为一股新的射流之后，才出现马蹄形涡的雏形，并最终发展成为马蹄形涡；剪切层涡的破裂导致CVP的形成，马蹄形涡和尾迹涡都影响CVP的发展。当多股射流合并为一个新的射流之后，CVP的形状才逐渐发生变化并趋于规则。     

气膜冷却流场的大涡模拟

采用LES(大涡模拟)对单个圆形喷孔横向紊动射流流动进行了数值研究，模拟了吹风比M=2.0工况下的不同截面上的涡量随时间发展变化的过程,并对各种涡的流动机理进行了分析。结果表明：对称面的正反涡和垂直截面的马蹄形涡的两翼交替周期性地脱落成新的涡；由于尾迹涡的进入，在近下游X/D<4.0区域内，反向涡旋对的旋涡强度沿流向没有明显衰减，而在 X/D>4.0的区域，其旋涡强度沿流向单调衰减；反向涡旋对的正反向涡旋形状不对称，且正向涡旋里夹有反向旋转的涡，反向涡旋里夹有正向旋转的涡。     

高比转速混流式水轮机叶道涡工况下转轮的动力特性分析

为了探讨叶道涡对混流式转轮叶片的作用机理,以某高比转速混流式水轮机为研究对象,选取出现严重叶道涡的小流量工况点开展转轮的瞬态动应力数值模拟。首先基于Navier-Stokes方程和RNG k-ε湍流模型进行了全流道定常和非定常流动计算,得出了转轮内部叶道涡的形态及分布,与实际观测现象非常吻合;然后采用有限元方法对转轮进行了模态分析,获得了转轮在水中的固有频率及振型;最后采用流固耦合方法对转轮进行瞬态动力学分析。研究结果表明:叶片危险部位的动应力的频率为转轮频率的倍频,分布于转轮叶片出口靠近上冠处的局部叶道涡对转轮的作用强度最大,导致叶片出口与上冠连接处的最大动应力值高于一般水轮机转轮的许用应力值,引起转轮该位置发生破坏甚至产生裂纹。     

涡旋射流控制扩压器分离流动的大涡模拟

为研究涡旋射流对湍流边界层分离控制的机理,基于大涡模拟方法建立了具有涡旋射流、扩张角为14°的圆锥扩压器数值分析模型,计算结果与相应试验数据吻合良好,验证了计算模型的合理性与精确性。通过对特征截面上流场参数的详细分析,获得了射流导致的复杂涡系形成过程,发现了射流孔附近的强涡来源于剪切层涡,剪切层涡经过破碎和耗散,在射流下游近区发展为强弱不对称的反向涡对,在下游远区形成一个纵向涡旋,该涡旋将主流流场边界层外的高能流体卷入到边界层内,增加了边界层内部的流动能量,从而延缓或抑制了流动分离。与相同条件下未采用涡旋射流控制的扩压器相比,其压力恢复系数增加19.8%,表明涡旋射流是一种有效的边界层分离控制方法。文中还分析了不同射流孔数和射流倾斜角对于压力恢复系数的影响,发现选择合适的涡旋射流孔数及其射流倾斜角等参数,可以更有效的控制扩压器内流动分离。     

大型电站锅炉多组小屏绕流的数学模型

引入“旋涡层”概念，炉深方向沿前屏分布着旋涡层，薄板翼导流，炉内右半部分的旋涡层削弱网格涡的速度环量。旋转上升气流绕流前屏，在其表面和尾部分别形成附着涡和分离涡；采用镜像法处理炉膛固壁对涡运动的影响。考虑炉内大残旋网格涡的切向速度；附着涡、分离涡及镜像涡的诱导速度，首次建立了多组小屏绕流的数学模型，并对HG-2008/18．2-YM2型锅炉等温模型进行理论计算。计算表明：后屏入口的速度右侧高左侧低，右侧镜像附着涡和分离涡诱导的速度，使后屏入口右侧速度升高。六线涡量探针所测涡量场表明：炉内螺旋上升气流绕流薄板翼，在前屏尾部，确实产生了分离涡；且后屏入口速度场，也表现为右侧高左侧低，试验结果和理论计算定性吻合，验证了所建数学模型的合理性，为分析小屏尾部分离涡对水平烟道左右侧速度偏差的影响，提供了理论依据。     

电除尘器不同电场汞分布特性研究

为研究燃煤发电厂汞的排放,通过采集不同容量机组的静电除尘器底灰及烟气中飞灰,分析了各个电场下部底灰中的汞含量.结果表明：相比其他因素,煤中携带的汞含量对底灰中汞分布影响最大,煤在完成燃烧后将大部分汞转移到了电除尘底灰中;在电除尘的各级电场中,飞灰汞浓度呈现逐级上升后再下降的趋势.不同电场汞浓度差异的原因与烟气颗粒物的大小及电除尘内部烟气流速有关.     

配电网全网电压无功协调控制策略

针对当前配电网控制现状,设计了配电网全网电压无功协调控制策略。以"电压自下而上判断,自上而下控制;无功自上而下判断,自下而上控制"为原则,引入节点间电压变化灵敏度概念,在保证受控点电压合格、无功就地平衡的基础上,根据节点间电压变化灵敏度对调控结果进行预判,兼顾不同的电压等级电网及区域电网的电压质量及无功平衡情况,实现高、中、低压配电网间多种调压及补偿设备的协调控制。该控制策略已投入试点工程应用,运行效果良好。     

叶片安放角分布规律对液力透平性能影响研究

液力透平被广泛应用于高余压流体的能量回收.叶片安放角从叶片进口到出口的分布规律是关键部件叶轮设计的重要参数,具有不确定性和多样性.为研究叶片安放角分布规律对液力透平性能的影响,本文总结得到线性、下凹、上凸和3种形式多段线,共6种不同形式的叶片安放角分布规律.通过数值模拟和对比分析发现,6种方案的水头-流量曲线基本相同,...