混流式水轮机改造前后转轮内固液两相流数值分析

为了探究混流式水轮机改造前后转轮泥沙磨损情况,采用固液两相流模型对某电站改造前后的混流式水轮机进行全流道数值模拟,分析不同工况下转轮叶片表面泥沙分布,转轮叶片表面固液两相速度差,以及水轮机效率。结果表明:小流量工况下泥沙磨损最严重;水轮机改造后,叶片表面泥沙体积分数下降,固液两相速度差减少,泥沙磨损减弱,水轮机效率较改造前提升了5.5%。该研究可为水轮机改造提供一定的参考。     

水轮机转轮固液两相三维紊流计算及磨损预估

本文在两流体模型的基础上，使用贴体坐标的有限体积法，利用有科氏力修正的κ-ε-Ap两相流紊流模型建立了水轮机转轮内部的三维泥沙固液两相紊流计算模型。模型中求解了考虑压力对固粒相影响的时均Reynolds动量方程，并利用泥沙相的速度和浓度分布，数值计算了转轮的泥沙磨损。为了验证模型的可行性，用该模型计算了刘家峡HL001-25模型水轮机转轮内部的三维泥沙固液两相紊流流动，数值预估了转轮的泥沙磨损并与磨损试验结果进行了比较。     

三峡水轮机转轮固液两相三维紊流计算及磨损预估

本在两流体模型的基础上，使用贴体坐标的有限体积法，利用有哥氏力修正的κ-ε-Ar，两相流紊流模型建立了水轮机转轮内部的三维泥沙固液两相紊流计算模型。模型中求解了考虑压力对固粒相影响的时均Reyno1ds动量方程，并利用泥沙相的速度和浓度分布，数值计算转轮的泥沙磨损。用该模型计算了三峡水轮机转轮内部的三维泥沙固液两相紊流流动，数值预估了三个不同工况转轮的泥沙磨损情况．计算表明汛期三峡水轮机转轮将有一定的磨损，磨损的主要部位是叶片正面靠近出口和下环面的三角区。靠近山水边的磨损速率约为1．3mm/年。     

水涡轮机械中的湍流固—液两相流动及磨损研究

导出了固体颗粒在任意流场中运动的Ｌａｇｒａｎｇｉａｎ方程对此方程进行线性化，并求出了其颗粒运动方程的解析通解。使用颗粒运动方程数值求解和分析稀疏颗粒湍流场中固体颗粒的运动。建立了湍流固－液两相液的Ｋ－ε双方湍流模型，体积分数流模型，Ｅｕｎｌｅｒｉａｎ－Ｌａｇｒａｎｇｉａｎ混合湍流模型以及颗粒磨损模型，利用这些模型对一些水涡轮机械过流通道内的流动及固壁磨损进行了模拟，其预测结果与实验结果较为一致。     

水涡轮机械中轴对称固液两相流动的研究

本文从固液两相流的基本方程出发，推导了水涡轮机械转轮轴面上泥沙运动的速度通解，并计算了不同颗粒在水轮机转轮轴面上的运动速度，对于水涡轮机械转轮叶片的抗磨蚀设计有重要意义。     

水涡轮机械中的湍流固－液两相流动及磨损研究

导出了固体颗粒在任意流场中运动的Ｌａｇｒａｎｇｉａｎ方程，对此方程进行线性化，并求出了其颗粒运动方程的解析通解。使用颗粒运动方程数值求解和分析了稀疏颗粒湍流场中固体颗粒的运动。建立了湍流固－液两相流的Ｋ－ε双方程湍流模型、体积分数湍流模型、Ｅｕｎｌｅｒｉａｎ－Ｌａｇｒａｎｓｉａｎ混合湍流模型以及颗粒磨损模型，利用这些模型对一些水涡轮机械过流通道内的流动及固壁磨损进行了数值模拟，其预测结果与实验结果较为一致     

高水头多泥沙电站水轮机导叶的泥沙磨损研究

高水头多泥沙电站水轮机活动导叶是泥沙磨损最为严重的部件。采用k-ε固液两相湍流模型和Sample算法,对水轮机全流道的流动进行数值模拟,并采集电站前池沙样,对水轮机导叶进行了泥沙磨损试验。计算结果表明,活动导叶上泥沙浓度最大位置在5%～10%弦长处,最大泥沙速度出现在20%弦长附近。试验结果表明,泥沙磨损较严重处为活动导叶头部,磨损最严重处在20%弦长附近,泥沙速度对活动导叶磨损影响很大。     

固液冲蚀部件表面波纹状磨损形貌的成因探讨

在固液两相流中工作的水力机械，经过一段时间的运行后，常发现原来光滑平整的材料表面出现不同发展形态的、类似波纹或鱼鳞坑的磨损形貌。国内外学者针对材料表面冲击波纹的形成机理及发展规律开展了一定的研究，本文系统介绍了这些研究结果，并根据多年的工程和试验研究结果，综合分析和研究部件表面流场的流动形态、磨粒性质和材料微观组织结构两大因素对表面磨损波纹形成过程的影响作用，探讨了固液两相流磨损条件下水力机械表面冲击波纹形貌的形成机理。     

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。     

CFD技术在水力机械研究中的应用

中国水利水电科学研究院水力机电研究所从20世纪80年代开展对CFD数值模拟技术在流体机械方面的研究，在水力机械的性能预测、泥沙磨损预测、气液两相流计算、非定常流计算及流体与强度计算的相互结合等方面取得了一些进展和一批成果。，最后从基础研究、应用研究两方面，提出了今后流体机械CFD研究领域的研究重点和发展方向。     

高浓度固液两相流中泥沙分布的修正公式

本文在过去低浓度固液两相流动理论研究的基础上，提出了对高浓度固液两相流中泥沙浓度分布的一个修正模型，模型的预测结果与有关实测数据较为吻合。     

高浓度固液两相液中泥沙分布的修正公式

本文在过去低浓度固液两相流动理论研究的基础上，提出了对高浓固液肉体上流中泥沙浓度分布的一个修正模型，模型的预测结果与有关实测数据较为吻合。     

泥沙颗粒在冲击式水轮机斗叶内壁面的冲蚀磨损研究

为研究冲击式水轮机斗叶内泥沙颗粒的运动特性,分析其对斗叶内壁面的冲蚀磨损影响,建立了斗叶的三维数学模型。利用FLUENT软件,对连续相使用欧拉方程进行计算,达到收敛后再选用拉格朗日方程对离散相-泥沙颗粒进行固液耦合计算。数值分析得出:在相同泥沙颗粒直径和浓度条件下,冲击速度越大,斗叶内壁面的冲蚀磨损也越大;在相同冲击速度和浓度条件下,颗粒直径越大,冲蚀磨损越大;相同泥沙颗粒冲击速度和直径条件下,浓度越大,冲蚀磨损也越大。研究表明,斗叶内壁面的冲蚀磨损主要由泥沙颗粒直径、冲击流速和浓度共同决定。     

高水头混流式水轮机内部固液两相流数值分析

针对泥沙直径对混流式水轮机蜗壳和导水机构内部流场产生影响的问题进行了初步研究,采用固液两相流模型对某电站的高水头混流式水轮机进行了全流道数值模拟,通过单一变量法来研究不同来流泥沙的直径对蜗壳和导水机构内部压力及泥沙分布产生的影响。研究结果表明:与清水相比,含沙水流会不同程度地使蜗壳和导水机构内部的水压力载荷增加,在相同工况下,蜗壳底部、蜗壳鼻端、固定导叶和活动导叶头部的泥沙浓度较大;小直径下泥沙分布均匀,随着泥沙直径的增加,泥沙浓度的梯度变大,泥沙分布更加集中,从而会使磨损加剧。该研究成果可为在含沙水流中运行的水轮机设计提供参考。     

运行工况对多沙河流水轮机导叶区磨损影响研究

多沙河流上具有调峰功能的水轮发电机组运行工况转换非常频繁,水轮机经常偏离最优工况运行,导致活动导叶磨损破坏严重。为揭示运行工况对水轮机活动导叶区域固液两相流动规律的影响,建立了黄河某多沙电站原型水轮机全流道三维水体模型,采用欧拉-欧拉两相流模型和RNG k-ε湍流模型对水轮机不同出力工况进行了固液两相流数值模拟计算,对不同运行工况下导叶区域的压力、流速、含沙量等进行了分析。结果表明：含沙水流会使导叶区域最小压力减小,从而增加空化发生机率;出力工况对导叶区固液两相流动影响较大,随着水轮机出力减小,导叶区最大流速反而增大,活动导叶迎水面与背水面的速度差也逐渐增大,小出力工况下,座环靠近鼻端位置高泥沙浓度区域扩散变大,活动导叶表面泥沙浓度由顶端至底部逐渐增加,活动导叶头部位置泥沙浓度最高。研究结果能够为预测多沙河流水轮机活动导叶易磨损位置和研究抗磨蚀对策提供技术支撑。     

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     

利维尼奥水库的泥沙淤积控制

混浊水流引起的淤积是阿尔卑斯山区一些水库的主要问题。经过多年运行后，由于泥沙累积。水库失去了库容。泥沙也可能到达进水口，大大加速水力机械的磨损，降低效率并增加维护费用。另外，在设计未考虑泥沙通过的情况下。泥沙可能会造成底孔堵塞或闸门损坏。     

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。     

水轮机的泥沙磨损问题

奥地利富尔普姆斯水电站运行人员证实，泥沙磨损对水力机械是一个重大问题。阐述了如何利用最新镀层技术解决这一难题。     

针对小浪底水电站水轮机抗磨防护问题的研究

小浪底水电站具有水流过机含沙量高和水头变幅大两大特点，使得水轮机泥沙磨损问题十分突出。抗磨防护涂层是解决水轮机泥沙磨损问题的重要措施之一，根据十几年来国内外有关方面的研究，最终决定将碳化钨硬涂层大面积应用于水轮机转轮、导叶等部件，并在合同中规定了对抗磨涂层防护效果的保证。