基于CFD的微水头双向水轮机叶片比选及整机性能分析

针对微水头双向灯泡贯流式水轮机叶片翼型和形状对其性能的影响,在相同设计水头下,对3种叶片的微水头双向贯流式水轮机进行了CFD数值模拟,对比分析了正反向工况下3种叶片的水轮机的外特性(流量、效率、出力)、叶片表面静压分布和相对流速矢量分布,最终确定了叶片C为较优叶片,进而分析了较优水轮机模型下的各部分水头损失以及内部流场规律。结果表明,正向工况下由于灯泡体后置,使得出水流道内出现回流、漩涡等不良流态,增加了撞击损失,故正向工况的效率低于反向工况。     

基于升力法的贯流式水轮机叶片设计及可行性分析

根据升力法设计轴流式水力机械转轮叶片的基本原理、方法和步骤,设计了贯流式水轮机叶片,建立了贯流式水轮机的三维模型,并基于Fluent,采用RNG κ-ε双方程湍流模型和SIMPLEC算法对设计叶片进行了数值模拟,得到了叶片表面压力和速度云图、流场流线和速度矢量图,并估算出水轮机水力效率。结果表明,采用升力法进行贯流式水轮机叶片设计具有可行性。     

大型贯流式水轮机组安装技术及可视化

贯流式水轮机是开发低水头水能资源和潮汐能的最佳机型,文章结合我国南方某贯流式水电站的建设,介绍了大型贯流式水轮机组结构特点和安装技术,用3Ds max实现了贯流式水轮机组安装工艺的可视化,对同类机组的安装有指导意义。     

超低水头轴流式水轮机CFD优化及流动特性研究

结合某水电站改造要求,研发了一种设计水头为2.75 m的超低水头轴流式水轮机并对其性能进行优化,以达到有效利用低水头水力资源的目的。基于不可压缩连续方程及雷诺时均Navier-Stokes方程,采用Spalart-Allmaras湍流模型和SIMPLEC算法对轴流式水轮机进行三维全流场数值模拟,分别分析了轴流式转轮叶片翼型、轮毂比、导叶开度及安放角对水轮机性能的影响,并对最优模型进行实测验证。结果表明,在满足设计水头为2.75 m的情况下,选用配置叶片B、轮毂比为0.30、叶片相对安放角为-2°的水轮机,当导叶相对开度为0°时,装置水力损失最小,最高效率达83.7%,且数值模拟计算所得出力与实测结果误差小于099%,表明基于CFD的数值模拟对超低水头轴流式水轮机的性能预测精度较高。     

冷却塔中微型混流式水轮机数值模拟及特性分析

基于RNG k-ε湍流模型、Simplec算法,运用数值模拟方法,对"S"型叶片微型混流式水轮机的工作特性及流场信息进行计算、分析。水轮机最优转速随水头升高向高速区域移动,转速增加引起功率、流量的线性减少,而水头升高使得功率、流量均线性增加,且效率对转速变化较敏感。设计工况下,水轮机空化性能良好,且满足冷却塔电机功率及循环水系统流量的改造要求。     

贯流式水轮机流动特性及压力脉动特性研究

基于STAR CCM+软件,对贯流式水轮机全流道进行三维非定常数值模拟,研究不同水头工况下贯流式水轮机的内部流动特性及压力脉动特性。结果表明,贯流式水轮机内部压力脉动主要受到叶片通过频率(10Hz)和低频压力脉动的影响,在转轮进口和无叶区处,水轮机压力脉动主要由转轮旋转引起,在尾水管进口处,压力脉动既有低频压力脉动也有高频压力脉动,在尾水管中间,压力脉动受低频压力脉动影响;随着水头的变化,转轮中心截面上的压力和速度变化呈周期性分布;尾水管管壁流速随着水头的增加逐渐减小,尾水管中低频压力脉动频率较高,截面上的漩涡较大,当水头达8.6m时,尾水管进口处的漩涡逐渐减小,流态较好。     

混流式水轮机比转速与额定水头非线性统计分析

水轮机的选型设计在水电站设计中至关重要。依据国内近十年来投产的大中型混流式水轮机设计资料,采用非线性回归统计方法统计分析了混流式水轮机比转速与额定水头之间的关系,得到了不同水头段、不同单机容量时比转速与额定水头间的统计公式,并绘制了置信区间和预测区间。所得结果对混流式水轮机的选型设计具有一定参考价值。     

考虑缝隙流模型的贯流式水轮机转轮内部三维流动

采用贯流式水轮机转轮内CFD分析软件，对设计工况下转轮内部的三维紊流场进行了数值模拟，并增加了缝隙流的流动模型：基于N－S方程和K－ε紊流模型，应用贴体座标和交错网格系统，用SIMPLEC算法对贯流式水轮机转轮内部的紊流进行数值模拟，得出其内部流场，压力场的分布情况及其水力效率和考虑缝隙的容积效率，最后将计算结果用Tecplot7进行处理，分别用矢量图和等值线表示其内部的流动状态和压力分布，并将普通模型和缝隙流模型分析，比较得出结论。     

尾水管扩散段结构变化对低水头混流式水轮机性能的影响

为探究低水头混流式水轮机尾水管扩散段底板抬起角对其性能的影响,结合西南某水电站增效扩容项目,在保证尾水管扩散段上下面角度不变的前提下,拟定了两套扩散段底板抬起角方案,利用相关软件建立了高效区内导叶开度为35°时水轮机的水体模型,并对其进行了流场数值模拟。结果表明,尾水管扩散段底板抬起角对水轮机效率影响不大,对水轮机出力和尾水管回能系数影响较大;随着底板抬起角的增加,相同水头下水轮机出力逐渐减小;在低水头(小流量)时,有适当的底板抬起角比没有时更有利。     

偏工况下贯流式水轮机叶顶间隙内部流动分析

为研究偏工况下贯流式水轮机叶顶间隙内部流动特征,以某水电站实际运行的水轮机为研究对象,基于SSTk-ω湍流模型,研究水轮机在流量为308.538 m3/s,间隙值为10 mm时叶顶间隙内部流场的压力和速度矢量分布以及叶顶间隙内的轴向速度和湍动能分布特性.研究结果表明:在工况3条件下,间隙为10 mm时,在叶片工作面和背...     

双级贯流式超低比转速水轮机数值模拟优化

通过数值模拟等手段开发了一种双级贯流式超低比转速水轮机,利用循环冷却水出口的富余能量推动水轮机转动带动风扇旋转制冷,以达到节能目的。以富余流量0.823 m3/s的水轮机为例,以Fluent软件为平台进行计算分析,对双级贯流式超低比转速水轮机的叶片、导叶形式及其安放位置进行了优化,并采用Navier-Stokes方程、SIMPLEC算法对水轮机进行全三维湍流数值模拟,获得了水轮机内部流动细节,预估了水轮机的性能。计算结果表明,优化后的叶片及导叶表现出较高的效率。     

杏林湾排涝泵站竖井贯流泵装置进出水流道流态的数值分析

运用三维湍流数值模拟方法对杏林湾排涝泵站竖井贯流泵装置进出水流道流态进行数值模拟,分析进水流道的流场均匀度和出水流道的扩散均匀性,提出优化方案。模拟结果表明,优化后的竖井贯流泵装置,在均匀进流的条件下,进水流道内的水流流态较好,竖井两侧流道内的水流流速分布较均匀,未出现明显的漩涡、回流等不良流态,水泵进流均匀、平顺;出水流道通过设置中隔墩的长度,不仅水流流态得到一定改善,而且中隔墩两侧水流流量分配基本均匀,有助于保证泵站良好的出水条件。     

Acoustic characteristics of bi-directional turbines for thermoacoustic generators

Bi-directional turbines combined with rotary motors may be a feasible option for developing high power thermoacoustic generators with low cost. A general expression for the acoustic characteristics of the bi-directional turbine was proposed based on theoretical derivation, which was validated by computational fluid dynamics modeling of an impulse turbine with fixed guide vanes. The structure of the turbine was optimized primarily using steady flow with an efficiency of near 70% (the shaft power divided by the total energy consumed by the turbine). The turbine in the oscillating flow was treated in a lumped-parameter model to extract the acoustic impedance characteristics from the simulation results. The key acoustic impedance characteristic of the turbine was the resistance and inertance due to complex flow condition in the turbine, whereas the capacitance was treated as an adiabatic case because of the large-scale flow channel relative to the heat penetration depth. Correlations for the impedance were obtained from both theoretical predictions and numerical fittings. The good fit of the correlations shows that these characteristics are valid for describing the bi-directional turbine, providing the basis for optimization of the coupling between the thermoacoustic engine and the turbine using quasi-one-dimensional theory in the frequency domain.     

混流式水轮机全流道三维非定常流场数值模拟

基于三维时均N-S方程和RNGk-ε双方程湍流模型,采用滑移网格模型进行了混流式水轮机全流道动静干扰的三维非定常湍流计算,捕捉了水轮机各过流部件内复杂湍流场分布和尾水管内涡旋结构等流动信息随时间的变化情况.计算结果表明,水轮机中的水流处于复杂的湍流运动状态,随时间推移变化剧烈,计算结果更接近实际流场分布.     

Numerical simulation of a hydrogen fuelled gas turbine combustor

The interest for hydrogen-fuelled combustors is recently growing thanks to the development of gas turbines fed by high content hydrogen syngas. The diffusion flame combustion is a well-known and consolidated technology in the field of industrial gas turbine applications. However, few CFD analyses on commercial medium size heavy duty gas turbine fuelled with pure hydrogen are available in the literature. This paper presents a CFD simulation of the air-hydrogen reacting flow inside a diffusion flame combustor of a single shaft gas turbine. The 3D geometrical model extends from the compressor discharge to the gas turbine inlet (both liner and air plenum are included). A coarse grid and a very simplified reaction scheme are adopted to evaluate the capability of a rather basic model to predict the temperature field inside the combustor. The interest is focused on the liner wall temperatures and the turbine inlet temperature profile since they could affect the reliability of components designed for natural gas operation. Data of a full-scale experimental test are employed to validate the numerical results. The calculated thermal field is useful to explain the non-uniform distribution of the temperature measured at the turbine inlet.     

基于MATLAB的三轴燃气轮机动态仿真模型研究

仿真技术是燃气轮机性能研究的有效手段。本文作者采用准非线性方法建立了三轴式燃气轮机数学模型。基于动态仿真软件MATLAB,开发出面向对象的燃气轮机动态仿真平台,验证仿真结果表明,该仿真模型正确合理,简便易行。     

Simulation of 3D flow in turbine blade rows including the effects of coolant ejection

This paper describes the numerical simulation of three-dimensional viscous flows in fir-cooled turbine blade rows with the effects of coolant ejection. A TVD Navier-Stokes flow solver incorporated with Baldwin-Lomax turbulence model and multi-grid convergence acceleration algorithm are used for the simulation. The influences of coolant ejection on the main flow are accounted by volumetric coolant source terms. Numerical results for a four-stage turbine are presented and discussed.     

汽轮机直齿与斜齿汽封内部流场的数值计算与结构优化

利用数值计算软件对汽轮机光轴直齿与斜齿两种结构的迷宫式汽封内部流场进行了数值研究,给出了汽封内部流动特性和漏汽量随相对齿间距和齿倾斜角度变化的规律.在汽封段轴向长度一定和相同的流动条件下,存在最佳齿数范围和倾角范围,它可使迷宫式汽封的漏汽量最小.     

太阳能热气流电站中涡轮机流动特性分析

对太阳能热气流电站中的涡轮机进行了设计和数值模拟.建立了涡轮机区域流体流动的物理数学模型,并对其进行数值模拟;研究了涡轮机的转速与压降对涡轮机的流量、输出功率和能量转换效率的影响.通过与相近实验模型的试验结果对比,证明了设计方案和数值模拟方法是有效的.