混流式水轮机空化流动模拟中的空化模型对比研究

以某水电厂混流式机组为例,在同样的工况下,采用Schnerr-Sauer空化模型和Z-G-B空化模型对其进行空化流动模拟,并与现场真机试验情况进行对比,从而比较各模型的计算效果。结果表明,水轮机叶片背面进水边、出水边附近的大部分区域、水轮机叶片下半段与下环交界处的空化程度较为严重。此外,Schnerr-Sauer空化模型仅适用于空泡数量比较少的情形,且仿真效果不甚理想;而Z-G-B模型的适用范围较广,且效果较好,因此可以在混流式水轮机空化流动模拟中更多地采用。     

稀薄气—固两相流中相间的相互作用模型

本文以稀薄气－固两相湍流流动为研究对象，推导并模化了考虑固体颗粒存在时，气相的湍流模型方程，在拉格郎日方法中实现了气－固两相间动量、湍动能的相互作用。尤其是提出当量密度及当量耗散系数两个概念后，使模型方程的型式等同于标准Ｋ－ε模型，很适合工程应用。而气相对粒子湍流扩散的影响则由类似于布朗粒子扩散的Ｍｏｎｔｅ Ｃａｒｌｏ方法来描述，实现了对确定性轨道模型的修正。最后，对颗粒在网格后均匀湍流中的扩散规     

长短叶片水轮机转轮内固液两相流数值模拟

运用RNGκ-ε湍流模型和两相流混合模型,分别对常规叶片和长短叶片的混流式水轮机全流道在不同开度下的含沙水流运动进行数值模拟,并对常规叶片转轮磨损情况与实验结果进行比较分析。对固体颗粒在2种转轮内的流动状况及叶片表面泥沙磨损程度进行分析时发现:2种转轮叶片表面泥沙颗粒速度曲线趋势相同,都是在叶片进口处存在速度最大值;在最优工况下,常规叶片表面的泥沙浓度要高于长短叶片,在叶片进口压力面和出口处出现了严重的泥沙磨损;长短叶片表面的泥沙浓度分布更为均匀。此外,在计算过程中还发现,叶片进口压力面的磨损程度随开度的减小而稍有加剧,最严重区域发生在距叶片进口1/5位置处。     

两相流中颗粒对连续相湍流的影响及计算模型

对于两相流中由于颗粒存在会增强或减弱连续相湍流强度的实验现象,本文提出了一种改进型k-ε模型,对轴对称气—固射流进行的计算能在模拟该现象方面有明显的改进。     

固—液两相流中的一种湍流模式

定义了体积分数速度，并由此建立了固－液两相流中的一种湍流模式，模化了动量方程，Ｋ方程及ε方程，本模型中，考虑了相间的速度滑移，颗粒间的作用及相间作用，对一管湍流中固－液混合物流动的预测表示与实验结果比较一致。     

固－液两相流中的一种湍流模式

定义了体积分数速度，并由此建立了固－液两相流中的一种湍流模式（Ｋ─ε双方程模式），模化了动量方程、Ｋ方程及ε方程。本模型中，考虑了相间的速度滑移，颗粒间的作用及相间作用，对一管湍流中固－液混合物流动的预测表示与实验结果比较一致。     

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。     

混流式水轮机内部空化流动数值模拟

为探究不同比例的长短叶片对混流式水轮机内部流场空化特性的影响,基于欧拉-欧拉方法中均匀多相流假设的混合两相流体无滑移模型,采用RNG k~ε湍流模型以及三维时均N-S方程,对各混流式水轮机进行全流道三维定常空化湍流计算,获得了3种不同比例长短叶片对应的混流式水轮机在各空化系数下空泡相的流动特征以及各水轮机对应的σ~η曲线图。计算结果表明,当长短叶片比例为0.47时,水轮机临界空化系数最小,为0.060 8,相比长短叶片比例为0.6时降低了8.82%;当3种水轮机处于同一空化系数下时,该型水轮机效率最高;随着水轮机转轮短叶片的增多,水轮机的空化性能及能量性能得到了明显的提升。研究结果对长短叶片混流式水轮机的设计、优化和改型等具有一定的指导意义。     

基于气液两相流模型的水轮机数值模拟研究进展

随着水电站机组容量不断增大和计算机技术的飞速发展,传统的数值模拟手段已不能满足人们对深入分析水轮机性能的要求,因此更贴近实际、结果更准确的基于气液两相流模型的数值模拟越来越受到人们的关注。介绍了气液两相流动的主要计算模型,概述近年来国内外水轮机气液两相流数值模拟进展,重点阐述在其应用于水轮机空化性能、尾水管压力脉动等方面的研究成果和应用前景,并对需要进一步深入研究的问题及研究中应遵循的一些原则作出初步探讨。     

稀薄气－固两相流中相间的相互作用模型

本文以稀薄气－固两相湍流流动为研究对象，推导并模化了考虑固体颗粒存在时，气相的湍流模型方程，在拉格朗日方法中实现了气－固两相间动量、湍动能的相互作用。尤其是提出当量密度及当量耗散系数两个概念后，使模型方程的型式等同于标准Ｋ－ε模型，很适合工程应用。而气相对粒子湍流扩散的影响则由类似于布朗粒子扩散的ＭｏｎｔｅＣａｒｌｏ方法来描述，实现了对确定性轨道模型的修正。最后，对颗粒在网格后均匀湍流中的扩散规律及圆管内的气－固两相湍流进行了数值模拟，表明本文提出的模型及方法很有工程应用价值。     

混流式转轮三维湍流流动计算方法

本文研究了基于κ-ε模型的全三维湍流计算技术在水轮机转轮流动计算中的应用方法。文中给出了以求和下标表示的在贴体坐标下的湍流基本方程组，介绍了计算中计算体、初边值的给定方法。最后，介绍了应用该程序对某电站水轮机所作优化后的主要流动计算结果显示。     

水轮机转轮内部的三维固液两相紊流计算

利用K-ε-AP两相紊流模型和SIMPLEC法计算水轮机转轮内部的三维固液两相紊流.计算结果给出了水轮机转轮内部的三维固液两相流动的主要流动参数，例如，连续相(液相)和离散相(固相)速度，两相速度滑差，固液两相流动下的压力分布等。     

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。     

混流式水轮机内三维定常湍流数值研究

基于 k-ε紊流模型和三维时均N-S方程,进行了混流式水轮机全流道的三维定常湍流计算.捕捉到了水轮机过流部件内的流场和非最优工况下转轮通道及尾水管内的旋涡结构与演化特征等流动信息.结果表明,水轮机的全通道CFD分析能够较为准确地预测出水轮机过流部件内的性能参数及内部流场结构,所得到的结果对进行水轮机的水力设计或改型优化设计等研究具有重要的指导意义.     

水轮机转轮空蚀量预估的一种近似算法

水轮机空蚀一般在原型机上采用直接测量的方法进行.目前还没有一个很好的方法对空蚀情况进行定量预估,本文根据国外水泵空蚀的经验公式,提出一种通过观测水轮机模型试验中各工况下转轮空化区域长度,采用经验公式预估原型水轮机转轮空蚀程度的方法.作者详细介绍了公式各参数意义并结合国内某电站模型试验空化观测情况进行实例计算,预测空蚀最大深度、面积及金属失重,计算结果表明采用该方法具有一定精度.论文最后对公式的适用范围进行了探讨.     

混流式转轮近下环区域展开叶栅的能量和汽蚀特性研究

本文针对枯溪水电站，将转轮（ＨＬ２２０－ＬＪ－４１０）近下环穿过典型汽蚀区的圆柱近似流面展开为直列叶栅进行水洞叶栅实验研究，并采用面元法进行叶栅流场理论计算后优选了近下环的叶栅翼型，从而改善ＨＬ２２０转轮近环区域的能量和汽蚀特性，并列出了３组叶栅的实验和理论计算结果。     

水轮机转轮前来流的计算

本文介绍一种采用S1,S2两类流面迭代计算确定转轮进口前轴面速度及环量分布的方法. 与实测结果相比，此法计算结果比采用传统设计方法计算所得结果更为合理，它有助于改进水轮机转轮的水力设计。     

大型混流式水轮机转轮裂纹分析与研究

大型混流式水轮机转轮裂纹已成为水电行业一个频发的问题,严重威胁机组运行安全。以瀑布沟水电站2,4,6号机组为例,从水力设计、转轮刚度、材料选择、制造工艺、焊材选择、应力等方面开展分析,确定了应力集中为裂纹产生的主要原因。总结了转轮裂纹处理和防范措施,包括加强日常检查、加装应力释放三角铁、开展机组AGC方式下的稳定性测试等。其经验对同类电站设备缺陷的分析研究及修复控制提供了方向与思路,具有一定借鉴意义。