大型立式混流泵装置水动力特性数值模拟

应用k-ε和k-ω相结合的SST湍流模型封闭控制方程,对立轴蜗壳式混流泵装置的内部流动结构进行数值模拟。采用全隐式网格耦合求解,计算中考虑了叶轮叶顶间隙的影响。通过计算获得了泵装置全流场,分析了蜗壳出水室的流态和叶轮的水力特性,预测了泵装置性能并与试验值进行了比较。结果表明：蜗壳出水室内的流动为轴向流动与环向旋转的合成流动,静压分布较对称,出口断面轴向流速分布均匀度和速度加权平均角相对较低;叶片表面的静压分布呈现较为清晰的规律,叶片表面静压分布比较均匀,压力面的静压整体上比吸力面要高;随着流量的增大,叶轮承受的轴向力渐小,而径向力则先减小后增大;数值模拟预测的性能结果与试验的性能结果相比较,前者高于后者,趋势基本一致。     

流化床气化炉气固两相流三维数值模拟

为了研究流化床内气固两相的流动特性,阐述了应用CFD软件Fluent进行流化床内气固两相流数值模拟的计算模型及数值方法,数值模拟选用双流体模型结合颗粒动力学进行流化床内三维的气固两相流模拟,并对数值模拟结果进行了分析.模拟结果表明,该计算模型能够研究流化床初始流化过程,分析某一瞬时颗粒轴向、径向固含率及速度场分布,研究单个气泡周围颗粒速度矢量.     

旋风分离器内流场特征的数值模拟

为了优化旋风分离器结构和操作条件,采用数值方法分析了旋风分离器进口速度变化对其内流场特征的影响。计算模型为直段直径300 mm的旋风分离器,常温常压下进口空气速度范围为15~30 m/s,模拟结果与文献数据吻合良好。分析可知分离器压降主要由排气管口、排气管内和排尘管口等部位的高湍动能损失组成。一定轴向距离上,不同进口速度时的切向速度分布和轴向速度分布分别具有相似性特征。切向速度最大值和最小值的径向位置在r≈0.6R1和r≈0处。轴向速度两种分布形态的过渡发生在轴向距离Z≈-500 mm处。进入分离器气体的运动轨迹和停留时间与气体在进气管的进入位置和气体速度相关。基于上述研究结果,可对旋风分离器进行定性或定量的优化设计,并为分析旋风分离器多相流的流场特征和分离特征奠定了基础。     

水力旋流器中水沙两相流动三维数值模拟

运用基于颗粒动力学理论的欧拉-欧拉液固多相湍流模型,对水力旋流器内的高浓度水沙两相三维流动进行了数值模拟研究.研究内容包括水力旋流器内的水相和颗粒相速度分布、不同粒径颗粒浓度分布和分离效率等.模拟结果表明,水力旋流器内颗粒浓度分布是不均匀的,对于粒径5μm、15μm的泥沙颗粒,主要分布在内旋流区域;而对于30μm的泥沙颗粒,主要分布在外旋流区域.在旋流器锥体空间,颗粒相与水相的切向和轴向速度分布曲线基本重合,而径向速度分布曲线有明显的差值.最后与混合模型颗粒分离效率的计算结果进行了比较.     

不完全蜗壳的CFD分析及优化设计

蜗壳是水轮机的一个重要过流部件，蜗壳内部三维流动的研究对改善水轮机性能有重要意义。随着计算技术和计算机的飞速发展，应用数值模拟技术研究蜗壳内部流场已成为改进和优化蜗壳设计的一个重要手段。本文应用雷诺平均N-S方程和非结构化网格对不完全蜗壳进行了三维CFD流动分析，研究了支墩形状对蜗壳内部的速度、压力分布、蜗壳出口角以及蜗壳效率等性能的影响，并根据流动分析结果对不完全蜗壳进行了优化设计。     

海水淡化高转速泵作透平的压力脉动分析北大核心CSCD

离心泵反转作透平是海水淡化能量回收一体机的核心动力部件之一,运行时的压力脉动是机组产生振动和噪声的主要因素之一。本文以高转速离心泵反转作透平为研究对象,采用SAS-SST-CC湍流模型,对其进行整机流道三维非定常流动数值计算,通过流场分析及压力脉动频谱分析,探讨该透平在运行时的非定常流动特性。非定常数值计算结果显示,蜗壳内多测点的压力脉动主频均为叶片通过频率,说明蜗壳内压力脉动主要由转轮和蜗壳隔舌间的动静干涉引起;旋转转轮域内8个叶片间流道中各布置了6个测点,各相似位置测点间的压力脉动峰峰值最大相差10.3%,说明对称的旋转转轮内的流动分布严重不均,这些旋转测点的脉动频率主要为叶频8倍频附近的主频或次主频,说明转轮与蜗壳间的动静干涉、叶片流道间的漩涡是引起转轮内压力脉动的主要因素,且局部漩涡引起的压力脉动强于转轮动静干涉造成的。结果表明,转轮内压力脉动比蜗壳内明显剧烈,旋转转轮内的压力脉动是机组振动主要水力原因。     

水电站蜗壳弹性垫层作用的简化计算

在水电站钢蜗壳上半圆铺设弹性垫层 ,钢蜗壳、弹性垫层和外围混凝土就构成了复合结构。本文基于压力钢管的工程实践 ,采用弹性力学圆桶公式 ,简化出钢蜗壳、垫层和混凝土相互作用的计算模型 ,推导出垫层的厚度弹模比与内水压力外传比例的关系公式 ,并用工程实例加以验证。结合小浪底水电站的蜗壳垫层 ,计算了外传内水压。介绍了垫层的施工要求     

1GW单炉膛单切圆塔式锅炉炉内流场特性研究

采用计算流体力学软件FLUENT,选用Reynolds应力湍流模型和欧拉多相流模型,对国产首台1GW单切圆单炉膛塔式锅炉炉内的煤粉空气两相流动过程进行了数值模拟,得出了炉内各截面的速度场、假想切圆直径、浓度场、压力场及湍流动能k、湍流耗散率ε和湍流集中度Ι的分布.结果表明,颗粒呈螺旋上升趋势和螺旋沉降趋势,形成“W/M...     

基于响应曲面法的双叶片污水泵叶轮优化分析

为了提升污水泵叶轮的性能,本文基于响应面法对叶轮的三个主要设计参数进行三因素三水平优化。通过对比优化模型和原模型的性能曲线发现,优化模型的扬程、效率优于原模型,优化模型拥有更高的高效区间,优化模型的内部流场低压区要小于原模型,流场内部流动更为均匀。利用熵产理论分析了污水泵不同工况下的能量损失,结果表明：优化模型在叶轮内的各工况熵产要明显小于原模型,在蜗壳内的熵产分布相差不大;在小流量工况下,熵产率较高区域主要集中在叶片压力侧和叶片出口附近;随着流量的增大,流动损失逐渐减小,高熵产区向蜗壳出口及隔舌处转移,叶轮和蜗壳的动静干涉及蜗壳壁面高速流的冲击回流,造成了泵内的主要能量损失。原模型的熵产分布和优化模型较为一致,但其高熵产区域要明显大于优化模型,且数值更大。     

水轮机蜗壳内部流动的数值模拟

本文对三峡混流式水轮机组模型蜗壳和固定导叶内部的流动进行了紊流解和欧拉解的全三维数值模拟,以探求蜗壳内部的流动规律,优化蜗壳设计。文中基于 Navier-Stokes 方程的标准 k-ε紊流模型和欧拉方程模型,采用贴体坐标和交错网络系统,用 SIMPLEC 算法,对蜗壳和固定导叶内部流动的联合计算结果进行对比分析,并与实验值进行了比较。最后对流动的不均匀性进行了分析,首次提出了改进和优化蜗壳和固定导叶设计的较为可信的解决方案。     

西龙池抽水蓄能电站蜗壳结构三维有限元计算分析

本文应用三维有限元方法，对西龙池抽水蓄能电站整体蜗壳结构在不同充水保压值K1情况下的应力状态进行计算分析。结果表明，充水保压值K1的大小对蜗壳外围混凝土的应力状态有重要影响，蜗壳外围混凝土中沿蜗壳断面的环向拉应力是控制应力，其数值随着蜗壳断面直径的减小及距蜗壳表面距离的增大而减小，最大环向拉应力出现在蜗壳与进水钢管相接断面的顶部；沿蜗壳轴线方向的应力为相对均匀的拉应力，最大拉应力出现在外围混凝土厚度最薄的部位。在对蜗壳应力状态和运行特性进行分析的基础上，提出合理的充水保压值K1。     

低比转速混流式水轮机导水叶栅中流动的实验研究

本文对混流式水轮机固定导叶和活动导叶组成的双环列导水叶栅中的流动进行了实验研究,实验是在一带蜗壳的模型导水机构装置上进行的。在固定导叶进口,活动导叶进口及出口三个圆周上分别布置了４个测站,各测站均用五孔毕托球测量。本文根据实测结果对双环列导水叶栅中水流的轴对称性,平面性等作了全面的研究和分析。     

水轮机金属蜗壳水力设计方法研究

本文分析了目前水轮机金属蜗壳水力设计方法中存在的问题，提出了一种水轮机金属蜗壳水力设计的新方法。     

电力变压器螺旋线圈磁场分析研究

以240 MVA大型电力变压器低压螺旋绕组的实际结构尺寸为例,针对大型电力变压器螺旋线圈引起的扭转变形问题,采用数值积分的方法对变压器实际螺旋线圈中的轴向电流分量对漏磁场及扭转变形的影响进行了分析,给出了螺旋线圈在考虑轴向电流分量时辐向磁场沿线圈高度的分布规律.     

汽轮发电机组轴向胀差在线监测与变温度速率控制系统

研究了汽轮机轴向胀差的实时在线计算以及通过变温度速率控制胀差的方法。在二维圆筒壁非稳态导热的基础上，得到了圆筒壁内蒸汽沿轴向线性分布，随时间非线性变化的温度场迭代计算公式，并与有限元计算结果作了对比，结果表明所得模型计算精度高、计算速度快。将结构复杂的汽缸分解成可计算的有限子结构，根据子结构的温度场求得汽缸的膨胀特征温度，进而求解其膨胀量。对理论模型进行了有限元验证，计算结果与有限元结果相比误差较小，满足工程计算的需要。给出了胀差裕度的定义，根据胀差裕度值来控制蒸汽温度变化速率，并开发了轴向胀差在线监测与变温度速率控制系统(DEOM-ACTC)。     

水轮机蜗壳和固定导叶内部流动的数值模拟研究

为探索蜗壳内部的流动规律,优化蜗壳设计,对三峡混流式水轮机组模型蜗壳和固定导叶内部的流动进行了紊流解和欧拉解的全三维数值模拟,文中基于Navier-Stokes方程的标准K-ε紊流模型、欧拉方程模型,采用贴体座标和交错网格系统,用SIMPLEC算法,对蜗壳和固定导叶内部流动的联合计算结果进行对比分析,并与实验值进行了比较,最后对流体的不均匀性进行了分析,首次提了改进和优化蜗壳及固定导叶设计的较为可信的解决方案。     

高水头混流式水轮机的动静干涉与振动问题研究

针对小天都1号混流式水轮机运行中高频振动的问题,本文采用真机试验和数值计算的方法,研究了水轮机无叶区的动静干涉及蜗壳水力激振频率。在真机试验中,主要分析了机组的振动、水压力脉动的幅值和频率特性,同时利用数值计算进行全流道非定常计算,模拟了活动导叶与转轮之间的动静干涉,详细分析了蜗壳与无叶区的压力脉动特性,两者共同证实机组的异常振动是由于动静干涉引起的。其次,针对现场试验中机组出现的振动问题,从产生共振的条件出发,提出了最佳叶栅组合、降低了无叶区的压力脉动,为水电站减振降噪提供了可实施方案。     

西龙池抽水蓄能电站蜗壳结构非线性有限元分析

本文利用ANSYS结构分析程序,对西龙池抽水蓄能电站充水保压蜗壳结构进行三维非线性有限元分析,研究外围混凝土中裂缝开展、分布情况以及结构的应力状态。结果表明,正常运行工况除上、下碟边部位混凝土因应力集中会开裂外,其他部位仍处于弹性工作状态;随着水压荷载的增加,裂缝首先出现在蜗壳与进水钢管相接断面的内层混凝土中,然后向周围扩展,在水压荷载最大的甩负荷工况,靠近钢蜗壳外表面40cm范围内的混凝土普遍开裂,个别部位的裂缝长度达到1m左右。计算结果还表明,直段钢管外围混凝土是结构的薄弱部位,在最大水压荷载下会出现水平方向的贯通裂缝,设计时应予以足够重视。     

石膏旋流器空气柱内三维速度场的数值模拟

石膏旋流器是火电厂石灰石-石膏湿法烟气脱硫系统中的重要设备,在运行过程中会出现空气柱现象,致使能耗增大、流场不稳定、分离效率降低。为了解空气柱内气体流场特性,采用Fluent软件,应用流体体积模型（VOF）,对单一入口石膏旋流器内空气柱产生、发展到稳定的整个过程进行了数值模拟。研究结果表明：空气柱内为螺旋流动;由两端出口进入的空气在相遇后还需经过一定时间的发展才能达到稳定的状态;气相的轴向速度随时间有明显的变化,切向速度变化幅度较小,径向速度比轴向及切向速度小一个数量级。进行石膏旋流器结构优化时应考虑设计对称入口结构和空气柱内空气运动方向不同。     

直埋蜗壳钢衬厚度减薄研究

本文对不同厚度钢衬下的直埋蜗壳结构进行了三维非线性有限元分析。结果表明:钢衬厚度减薄后,钢树自身等效应力、外围混凝土的拉应力及开裂范围并没有明显增大,即使在甩负荷工况下,减薄后的钢衬最大等效应力仍然远小于其屈服强度,其最大应力只有屈服强度的五分之一,钢衬的承载潜力并没有发挥出来,钢衬厚度可以适当减薄。此外,还对直埋蜗壳结构进行了超载分析,得到了外围混凝土裂纹的产生和发展过程。