联合BIM和CFD的混流式水轮机蜗壳水力设计

为了探索BIM技术在水力机械设计中的应用,高效模拟设计产品的水力性能,开展了联合BIM技术与CFD的水力机械设计研究。分析了BIM与CFD联合应用的流程以及二者数据交互的方式。以HLFN-LJ-930混流式水轮机为例,将水轮机蜗壳作为重点,对其进行了水力设计,构建了水轮机BIM模型。借助RNG k-ε模型,应用Fluent软件对水轮机全流道流场进行了仿真模拟。模拟结果显示：不同工况下蜗壳BIM模型流场压差较小,速度分布均匀合理,水力性能良好。研究结果表明BIM模型能够为数值模拟提供计算模型底板,有效模拟出水轮机的水力特性,验证了BIM与CFD联合应用于水力机械设计的可行性,对类似水力机械的设计具有一定的借鉴意义。     

含泥沙河流条件下水轮机蜗壳优化设计

为优化水轮机蜗壳水力性能,同时结合实际可知水轮机由于受地域和环境影响,存在水轮机长期工作在泥沙环境下,蜗壳受泥沙磨损的影响较大。对于提高水轮机蜗壳水力特性以及减少泥沙磨损,急需采取有效措施。本文把蜗壳中的水力损失和泥沙磨损结合起来进行研究,并建立优化特征函数,把沿蜗壳周向断面的速度矩变化规律,设置为优化变量。用编程设计证实可以达到提高水轮机蜗壳水力性能和减轻泥沙磨损。     

基于性能预测的水轮机水力优化设计

本文分析水轮机过流部件内的三维流动特点及现行的水力设计方法存在的问题，提出了在采用传统的过流部件水力设计进行流道初步设计后，考虑各过流部件耦合作用关系，对整个流道进行三维粘性流动计算分析及性能预测，以流场数值模拟取代模型试验，修改完善设计的水力优化设计思想和方法。以某混流式水轮机设计为例，给出性能预测和部分优化设计结果，证明文中提出的思想和方法是切实可行的。     

水轮机椭圆蜗壳设计的CFD计算及试验分析

为优化水轮发电机组的出力性能,节约施工成本,提出了设计椭圆形截面蜗壳的思路。以一台混流式水轮机组的蜗壳为研究对象,建立了额定工况下圆形及1.1∶1.0、1.2∶1.0长短轴比的椭圆截面设计方案的计算模型,设置相同的条件进行CFD流场分析,优选出了流动性能合理的设计方案。模型试验结果显示,各测点的速度和压力仿真与试验数据相比较平均误差较小,蜗壳的试验效率基本满足要求。采用椭圆形状的蜗壳,有利于改善机组的出力性能。     

水轮机蜗壳长度与流速乘积总和的计算方法

论述了在水轮机调节保证计算中，水轮机蜗壳长度与流速乘积总和的计算方法。     

泵蜗壳的一种优化设计方法

以水力损失为目标函数，以断面面积为寻优变量，建立了泵蜗壳第８断面和所有断面优化的数学模型，并对一混流泵蜗壳进行了优化设计，实例计算结果表明，对泵蜗壳进行了优化设计可使其水力损失大为减小。     

基于CFD的长短叶片型水泵水轮机转轮优化设计

为提高水泵水轮机综合效率,提出一种长短叶片型转轮以改善机组运行在发电与抽水两工况下内流特性.以可逆式水泵水轮机作为研究对象,将长短叶片数目与骨线出口边直径比例作为优化目标切入点,借用软件SolidWorks建立不同的水泵水轮机三维模型,并通过CFD数值模拟手段验证优化思路.ICEM软件用于划分各过流域网格,分离涡湍流模...     

基于CFD的混流式水轮机优化设计及流动特性分析

为提高水轮机运行稳定性,在设计中综合采用提高设计水头、扩大活动导叶分布圆直径、加厚叶片等方法优化转轮水力参数,利用商业CFD软件,基于SST k-ω湍流模型分析改造前后内部流动特性,使新转轮在额定工况及低水头小负荷区域的流道内无明显脱流,水力性能显著改善。非定常计算结果表明,新转轮压力脉动性能良好,在低负荷区域受涡带影响较大,但幅值较低,能够满足长期安全稳定运行。     

关于水轮机蜗壳水压试验的探讨

阐述我国水轮机蜗壳试验的概况，世界各国对水轮机蜗壳水压试验的观点，实践证明，大型水轮机的蜗壳，只要设计合理，施工注意质量，无论是做水压试验还晃做水压试验两者都是可行的，都是能够满足机组安全运行的。     

混流式水轮机蜗壳座环强度的主要影响因素分析

从拓扑结构、几何形状、板厚尺寸三个方面，系统地阐述了影响混流式水轮机蜗壳座环强度的主要因素．通过对水轮机蜗壳座环强度影响因素分析，得到以下结论：(1)影响蜗壳座环强度的主要因素是蜗壳与固定导叶的相对位置、蜗壳过渡段的形状和位置、蜗壳断面圆半径、固定导叶数以及各主要板件的厚度．(2)一个强度性能好、合理的水轮机蜗壳座环结构型式应该是，蜗壳断面圆或其延长线与座环环板的交点应落在固定导叶内，到固定导叶外切圆的距离一般占固定导叶径向长度的28％-47％；蜗壳过渡段最好为蜗壳断面圆的圆弧，其次是弦或靠近该弦的斜线；要有足够数量的固定导叶．     

水轮机设计及改造最新技术——CFD技术

文章就当今水轮机设计及改造中采用的最新技术CFD技术－计算机模拟流态分析技术作了概要说明，它给了我们一种全新的水轮机设计理念；同时对水轮机模型试验中CFD技术的应用－NTS（数字试验台），作了说明与介绍。随着计算流体力学及大功率计算机的发展，此项技术正在成为水轮机设计与改造的主流。     

三峡电站710MW水轮机蜗壳安装

三峡机组是世界上最大的混流式机组，体现了容量大、尺寸大、高新技术含量高、标准高等特点，现有的水轮机安装及相关标准、规范不适应该机组。现主要根据三峡机组蜗壳已完成的1＃－6＃（1＃－3＃机组为VGS机组，4＃－6＃机组为ALSTOM机组）实际安装情况，整理出三峡电站机组蜗壳安装、焊接、探伤的要求及具体实施办法，供大型机组埋件安装技术人员参考。     

水轮机引水部件的水力损失模型

本文建立了水轮机引水部件的水力损失模型，并用该模型对两算例进行了损失计算，计算结果表明：该模型能反应出引水部件水力损失的变化趋势，新提出了蜗壳水力损失模型更切合实际，可用于水轮机引水部件的水力优化。     

糯扎渡水电站水轮机蜗壳水压试验情况及分析

糯扎渡水电站首批安装的3台水轮机蜗壳采用椭圆型断面,水压试验时蜗壳变形严重。通过对蜗壳水压试验产生严重变形的原因分析、实体有限元分析、模拟试验和处理方案比选,采取了将蜗壳部分椭圆形断面改变为圆形断面形式,进口段增加2个混凝土支墩的处理方案。计算数据与水压试验结果对比表明,改造后的蜗壳符合设计标准,满足安全运行要求。     

大型水电站蜗壳结构优化研究

针对溪洛渡水电站蜗壳埋设方式研究中的水泵房墙体贯穿性裂缝问题,采用钢筋混凝土非线性有限元方法进行优化研究。研究结果表明,对于垫层敷设至135°方案,局部增加钢筋或增加墙体厚度均不能阻止贯穿性裂缝的产生,在未采取其他工程措施的条件下,垫层应至少敷设至180°断面。水泵房墙体加厚前后的裂缝分布以及应力状态表明,对于蜗壳这种有限裂要求的大型复杂水工结构,在进行线弹性设计配筋的基础上,还应该进行钢筋混凝土开裂非线性仿真分析,即在考虑混凝土的非线性本构关系、钢筋与混凝土的相互作用关系、混凝土裂缝扩展过程等的基础上,才能设计出既满足机组安全稳定运行要求又经济合理的蜗壳结构。     

接触滑移对不同埋设方式蜗壳结构应力的影响分析

为研究水电站厂房蜗壳的接触滑移对蜗壳结构应力的影响,本文采用三维面面接触单元对不同埋设方式蜗壳结构进行了三维有限元计算。计算结果表明,考虑接触滑移与共节点模型相比,垫层蜗壳外围混凝土孔周应力平均值可降低约30%以上,钢蜗壳应力增加约27%;当摩擦系数由0.25增大到1.00时,蜗壳外围混凝土孔周应力平均值也增大30%左右;而考虑接触滑移与否对直埋蜗壳结构应力影响较小,差值不超过3%。因此,在利用有限元求解蜗壳结构应力时,垫层蜗壳考虑接触作用将使计算结果更加合理,而对于直埋蜗壳,不考虑接触作用对结构应力的影响很小,共节点模型可以在实际工程中采用。     

节水灌溉技术方案的优化设计

通过综合评价优化理论和层次分析理论的方法，建立了综合考虑国民经济评价、技术评价和社会评价指标的节水灌溉规划方案优化选择模型。根据区域的自然条件、水源状况、气候状况、作物种植结构及社会经济条件等因素，对判断矩阵进行了简化、层次排序和一致性检验。实例表明该方法对节水灌溉技术方案优化是可行的，能够获得理想的优化节水灌溉技术方案，对节水灌溉规划设计有指导意义。     

水轮机活动导叶的耐磨设计及实验研究

通过对含沙水流条件下水轮机导叶的水力损失及磨蚀机理进行分析研究，重新设计制作了活动导叶的翼型，并与现行标准导叶在专门设计的模型实验台上进行了对比实验，得出了一些有价值的结果。为进一步进行导叶翼型的研究提供了有益的参考。     

水电站厂房蜗壳进口边界条件对止推环作用的影响研究

为了研究水电站厂房蜗壳进口边界条件对止推环作用的影响,采用ANSYS软件对某水电站地下厂房蜗壳结构进行三维有限元计算,研究了蜗壳进口不同边界条件和止推环对蜗壳结构受力特性的影响,提出了蜗壳进口边界条件的合理模拟方法。结果表明:设置伸缩节时,直埋蜗壳方案止推环只承担了不平衡水推力的5. 63%,低于垫层蜗壳方案时的29. 21%。而不设伸缩节时,考虑上游钢管和外包混凝土情况下,上游钢管承担的不平衡水推力相比不考虑上游钢管和外包混凝土的情况减小6%～19%。因此,无论上游钢管是否设置伸缩节,直埋蜗壳均不需设置止推环;对于垫层蜗壳,设置伸缩节时止推环可以起到较为明显的止推作用,但不设伸缩节时上游钢管或加劲环能够代替止推环的作用,可以考虑取消止推环。综合考虑蜗壳进口上游钢管对计算精度的影响、计算模型的复杂性以及计算工作量的增加程度,建议蜗壳计算模型中进口范围取至上游钢管中第一个加劲环,并施加轴向约束。     

关于水轮机蜗壳结构不平衡水推力初步研究

为研究内水压力作用下水轮机蜗壳产生的不平衡水推力,采用裸壳和三维实际结构2种计算模型进行有限元计算分析。结果表明：进口附近有伸缩节无止推环的保压蜗壳在运行期座环要承担较大不平衡水推力的受力状态与施工期受力状态有较大差别;垫层蜗壳蜗向局部设垫层时,座环承担的不平衡水推力明显大于垫层全包时的不平衡水推力。应重视不平衡水推力的不利影响。