基于CFD的水轮机导叶泥沙磨损研究

导叶是水轮机必不可少的引水构件,为了能研究含沙水中导叶的磨损情况,应用CFD流体分析软件,基于RNG湍流模型对不同泥沙浓度下的水轮机导叶进行了数值分析,得到了不同工况下导叶的泥沙体积分布图,从而进一步分析导叶的磨损情况。分析结果表明,在含沙水中,导叶叶片泥沙量从叶根向叶梢逐渐减小,叶片根部最早遭受泥沙冲蚀,磨损程度比其他位置严重。叶片正面过水面积比较大,所以叶片正面泥沙量比背面多,所遭受的泥沙磨损也比背面严重。随着泥沙浓度的增大,导叶表面的泥沙分布量也逐渐增大,叶片越容易遭受磨损破坏,而且同一个地方磨损程度越严重。     

减少转轮和导叶空化破坏和泥沙磨损的措施

右江百色水电站是一座中高水头的大型水电站，水轮机转轮叶片和导叶处的流速较高，会产生空化导致空化破坏，在汛期过机水流泥沙含量较大，会产生泥沙磨损，论述了水轮机采购招标时采取的减少转轮和导叶空化破坏和泥沙磨损措施，并进行了简要分析。     

水轮机的泥沙磨损问题

泥沙是水电站的重要问题。它不仅磨损和破坏发电厂组部件，而且降低了机组效率，最终影响电厂发电容量。对高水头多泥沙水电站，从长期发电考虑，可证明选择冲击式水轮机是最经济的。     

水轮机泥沙磨损研究进展

本文从泥沙磨损机理的试验研究和数值模拟、磨损影响因素及磨损预估模型三个方面阐述了国内外对水轮机泥沙磨损问题的研究成果,并提出了今后水轮机泥沙磨损研究的相关建议,为进一步开展磨损机理的研究进而建立可靠实用的磨损预估模型提供参考。     

从大寨水电站水轮机改造再谈水轮机汽蚀磨损问题

水轮机汽蚀磨损给机组正常运行及电站的经济效益造成严重损失，对过流表面鱼鳞状破坏研究，有两种不同的观点及减缓快速损坏方法。即鱼鳞状损坏是磨损的结果，采用沉沙池，高硬度材料，涂料或汛期不发电等减肝损坏；另一种观点认为鱼鳞状损坏主要是泡蚀引起，泥沙使汽蚀提前发生，加剧汽蚀破坏。     

满拉水电站水轮机抗磨性能分析

满拉电站总装机20MW，在电网系统中担任调峰、调频任务。年楚河含沙量较大，同时由于电站所处的位置自然环境条件恶劣，交通不便，为确保机组安全可靠运行，延长机组大修周期，水轮机的抗泥沙磨损能力应予以足够的重视。本文针对水轮机的导叶区、转轮区等进行了抗磨性能分析，并提出了降低泥沙磨损应采取的措施。     

运行工况对水轮机活动导叶表面泥沙浓度分布的影响

采用标准k-ε模型对水轮机内部沙水流动进行数值模拟,研究了不同工况下映秀湾电站活动导叶泥沙分布情况.研究结果表明,活动导叶磨损主要集中在头部且工作面比背面磨损量大,泥沙颗粒在活动导叶底部有堆积.活动导叶泥沙绕流速度分布规律相似,并随着出力的增加头部绕流速度明显增大.     

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。     

高水头混流式水轮机沙水流动数值模拟及转轮泥沙磨损实验研究

运用N-S方程和标准k-ε湍流模型,对高水头混流式水轮机内部沙水流动进行了全流道数值模拟。根据数值模拟结果和相似定理设计水轮机转轮叶片的单流道泥沙磨损实验装置,进行了转轮叶片泥沙磨损实验,获得了水轮机转轮叶片泥沙磨损的主要发生位置和磨损程度,并根据数值模拟和实验研究结果拟合出了水轮机转轮叶片的磨损率公式。结果表明:水轮机转轮叶片的进水边和出水口位置的磨损程度相对于其他位置更为严重,尤其是叶片背面。该研究对多泥沙河流水轮机转轮叶片的泥沙磨损评估以及维修具有指导意义。     

长江泥沙与葛洲坝,三峡水电站水轮机磨损问题

长江葛洲坝水电站投运１０余年，三峡水利枢纽业已在建，关于上述两水电站水轮机由于泥沙造成的磨损问题，看法不一。根据葛洲坝水电站水轮机运行的实测情况表明，机组叶片出现大面积波纹，现已发展成鱼鳞状及沟槽，说明磨损是存在的；二江电站机组叶片出水边估计已平均磨薄７－８毫米，叶片外缘间隙平均扩大约３－４毫米；大江电站机组磨损情况较二江电站严重。综上所述说明，长江泥沙具有磨损能力，且是在过机泥沙细于天然情况较二     

温孟滩放淤对黄河下游河道减淤效果分析

利用温孟滩区放淤可以处理一部分小浪底出库泥沙,减缓下游河道淤积,保障黄河下游防洪安全。采用实测资料分析、数学模型计算等方法,研究了温孟滩放淤方式及枢纽选择、放淤量、引水引沙规模等,并着重分析了对黄河下游河道的减淤效果。经计算,温孟滩放淤12.6亿t泥沙可使黄河下游减淤8.8亿⁹.2亿t。     

小浪底水库清淤与黄河下游减淤分析

分析了黄河下游清淤方式和已有的研究成果,表明增大水流悬移质泥沙中细颗粒含量,并且颗粒级配合理,就可能形成利于泥沙输移的高含沙水流。提出采用管道排沙将小浪底水库内淤积的细颗粒泥沙排向下游的方案,一方面可以增大小浪底水库拦粗沙库容,另一方面可以提高黄河下游河道水流挟沙能力。     

80年代黄河下游引水引沙情况分析

80年代黄河来水来沙偏枯。但下游引水却逐年增加,年引水量约占河道来水量的1/4;引沙量随来沙量的丰枯而变化,约为2.6～1.0亿t。从历年引水引沙过程分析,高村以上的河南河段引水基本稳定略呈下降趋势,高村以下的山东河段则呈阶梯状稳步上升。这种不平衡的用水状况有待调整。     

黄河下游排沙特性及其对径流需求量的分析

通过黄河下游特征水沙年及三门峡水库不同方式运行期间泥沙输入与输出的分析，排沙能力的对水沙条件依赖关系的分析，论述了黄河下游排沙特性，并对黄河排沙的径流需求量作了探讨，为黄河流域可持续发展工程建设，如南水北调供水规划、建立黄河流域水资源配置体系，提供科学依据。     

黄河下游河道输沙沿程调整变化模拟

黄河下游河道输沙具有多来多排多淤的特点,一般采用考虑上站来水含沙量的输沙率经验公式描述。通过比较输沙率经验公式与不平衡输沙理论方程之间的区别与联系,从理论上对经验公式的指数变化规律进行了研究,并构建提出了一种变幂指数的泥沙输移模型。基于所建立的泥沙输移变幂指数模型,结合黄河下游河道沿程实测水沙资料,重点对花园口—高村(游荡型)、艾山—利津(弯曲型)段输沙沿程调整变化情况进行了模拟计算。结果表明,计算值与实测值基本一致,确定系数均大于0.97。     

金沙江下游支流河段推移质输沙率公式初探

选取金沙江下游龙川江、小江、牛栏江 3 条典型支流,对其进行水槽平衡输沙试验,并分析总结现有的推移质输沙率公式,以计算该 3 条支流的推移质输沙率。将试验成果与计算结果进行对比分析,结果表明：①从公式立论基础上看,以能量平衡为主要理论依据的公式计算值偏大;②从公式形式上看,以河段比降为主要参数的公式计算值偏大;③综合考虑各水力要素, Ackers White 公式 ,Einstein Brown 公式和长江科学院输沙曲线 , 较适用于金沙江下游支流河段的推移质输沙率的计算。     

黄河下游年径流量及输沙量变化的EMD分析

运用EMD方法对黄河下游花园口站1952—2009年年径流量及年输沙量的时间序列资料分别进行了多时间尺度分析,得到了各自具有不同周期的波动分量以及趋势分量。结果表明:黄河下游年径流量、年输沙量的变化过程具有复杂的多时间尺度特性,是多种波动成分共同作用的结果;年径流量和年输沙量变化过程均存在3个波动周期,而趋势项呈递减的态势;相同尺度下的水、沙分量之间具有显著的相关性,而不同尺度下的水、沙分量之间基本无相关性。     

金沙江下游径流丰枯频率分析

以金沙江中游小得石站1953～2004年径流资料及宜宾市1953～2004年月平均降水资料为基础,应用Copula函数构造径流量和降水量的联合分布,对金沙江下游径流的丰枯频率进行分析。结果表明：各季度的降水量和径流量均服从皮尔逊Ⅲ分布;Clayton Copula函数能很好地拟合各个季度降水量和径流量的联合分布;各季度的丰水频率分别为14.08%、18.11%、12.32%、13.01%,对应的枯水频率分别为15.51%、18.78%、14.16%、15.48%。上述研究能够为金沙江下游水资源的合理调度提供科学依据,也能为进一步的风险评估奠定基础。     

洪水期水库调水调沙与黄河下游河道排沙分析

从1973～1990年期间，选取了60个洪峰时段的实测资料，分析了黄河下游河道的泥沙淤积和排沙比，得出结论为，如果洪水期三门峡出库平均含沙量为100～200kg／m3时，出库洪峰流量在4000～5000m3／s之间，可把50％～80％左右0．025～0．05mm和0．05～0．1mm的两级中粗沙排入海里；洪水期出库平均含沙量为50～100kg／m3，出库洪峰流量为3500～4000m3／s左右时，可把50％～190％的0．025～0．05mm和0．05～0．1mm的两级中粗沙排入海里．     

黄河下游河道高含沙水流的输沙能力分析

相同水流条件下，高含沙水流比低含沙水流具有更大的输沙能力，本文通过对高含沙水流颗粒组成下游河道具体条件的分析，得出下游道高含沙水流输沙能力关系式，用以阐明各种因素对河道输沙能力的影响，为今后小浪底水库运用及下游减淤措施的规划提供一定依据 。