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。     

混流式水轮机转轮抗磨蚀水力性能研究

转轮严重磨蚀是在多泥沙河流运行的水轮机普遍存在的问题。通过对含泥沙水流在水轮机转轮内流动特性的研究，成功设计出抗磨蚀的混流式水轮机转轮。该转轮已在九子溪水电站运行了4年半时间，未进行过磨蚀修复，机组还增容15.3％。实践证明，磨蚀研究成果及转轮设计思想是正确的。     

新疆夏特水电站水轮机抗磨措施研究

新疆夏特水电站所在克孜河中游含沙量高,是典型的多泥沙河流电站,高含沙量对电站水轮机过流部件的泥沙磨损影响很大。详细分析了电站泥沙的形成及输沙能力以及电站泥沙颗粒级配情况,对夏特电站可采用的水轮机进行了沙水流动的数值模拟和关键过流部件泥沙磨损试验,预估了水轮机的泥沙磨损情况,并提出了抗泥沙磨损的措施。研究结果为夏特水电站水轮机的抗磨设计和运行提供了重要参考依据。     

混流式水轮机转轮双向流固耦合力学特性研究

为了解运行过程中的水轮机叶片应力、应变和流场的分布状况及规律,以某高比转速混流式水轮机为例,采用双向流固耦合算法,对其转轮叶片的应力应变情况和内部流动特性进行了研究和计算分析。研究结果表明,在高转速小流量的工况下,叶片的最大变形出现在出水边的下部,出水边中部也出现了比较大的变形,叶片的进水边、出水边与上冠及出水边与下环的相连接处出现了集中应力;在其他工况下,叶片的最大变形出现在出水边的中部,集中应力出现在叶片出水边与上冠的相连接处。该水轮机在正常运行的情况下,转轮叶片的变形很小,对内部流场的影响不大。因此,如果只是对水轮机进行水力性能方面的分析,则没有必要进行双向流固耦合计算。     

三峡水轮机转轮固液两相三维紊流计算及磨损预估

本在两流体模型的基础上，使用贴体坐标的有限体积法，利用有哥氏力修正的κ-ε-Ar，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Reyno1ds动量方程，并利用泥沙相的速度和浓度分布，数值计算转轮的泥沙磨损。用该模型计算了三峡水轮机转轮内部的三维泥沙固液两相紊流流动，数值预估了三个不同工况转轮的泥沙磨损情况．计算表明汛期三峡水轮机转轮将有一定的磨损，磨损的主要部位是叶片正面靠近出口和下环面的三角区。靠近山水边的磨损速率约为1．3mm/年。     

基于不同转轮缺陷的水轮机流道水沙两相分布规律研究

为分析转轮叶片缺陷情况下的水轮机流道内水沙两相分布规律,该文根据HLA855a-LJ-250水轮机模型,对转轮叶片进行缺陷处理。分别建立了完整、空蚀凹坑及出水边磨蚀三种叶片模型,对应命名方案1、方案2和方案3,通过RNG k-?湍流模型和欧拉多相流模型进行模拟计算。转轮流域采用滑移网格,入口泥沙体积分数设置为0.35%,水轮机额定工况下工作5s,模拟结果显示：(1)方案3转轮叶片压力面与吸力面的泥沙压力与体积分数,均高于方案1和方案2转轮叶片对应面的泥沙压力与体积分数,说明不同缺陷形式的转轮叶片直接影响了转轮叶面泥沙分布规律;(2)转轮叶片缺陷形式不同,呈现在转轮上下游流道内的泥沙分布规律差异性显著;(3)当转轮叶片无缺陷时,机组运行过程中受泥沙磨蚀影响较小,但是当转轮叶片发生磨蚀破坏时,流道内的泥沙体积分数会升高,需要重点关注蜗壳鼻端、转轮叶片压力面及尾水管扩散段部位。     

奇拉水电站水轮机叶片新的设计原理

奇拉水电站水轮机叶片新的设计原理Ａ·斯瓦罗普等主题词：转浆式水轮机，水轮机设计，水轮机导水机构，水轮机振动，模型试验，水轮机磨损，成因分析，防护措施奇拉（ｃｈｉｌｌａ）水电站的转浆式水轮机的关键部件——转轮叶片，由于泥沙反复磨损，在叶片出水边附近的叶...     

水轮机转轮内部泥沙浓度的数值分析

采用ANSYS CFX 14.0软件对某电站混流式水轮机转轮内部固液两相流动进行了数值模拟,着重分析了转轮内部泥沙浓度分布。研究结果表明,在叶片表面上不同的位置,泥沙浓度分布是不同的,浓度较高的地方位于叶片进水边靠近上冠和下环处、下环内表面和叶片出水边靠近下环内表面处。对含沙河流中水轮机转轮叶片遭受严重磨蚀破坏情况的分析和水轮机的耐磨设计具有重要的指导作用。     

混流式水轮机改造前后转轮内固液两相流数值分析

为了探究混流式水轮机改造前后转轮泥沙磨损情况,采用固液两相流模型对某电站改造前后的混流式水轮机进行全流道数值模拟,分析不同工况下转轮叶片表面泥沙分布,转轮叶片表面固液两相速度差,以及水轮机效率。结果表明:小流量工况下泥沙磨损最严重;水轮机改造后,叶片表面泥沙体积分数下降,固液两相速度差减少,泥沙磨损减弱,水轮机效率较改造前提升了5.5%。该研究可为水轮机改造提供一定的参考。     

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.     

Analyzing hydro abrasive erosion in Kaplan turbine:A case study from India

Sediment flow through hydro turbine causes erosion of hydraulic components resulting in drop of turbine efficiency, particularly in hydropower plants of the Himalayan region. The measurement of erosion and monitoring of sediment flow in turbine are major concerns in erosion study. Attempts have been made to study erosion mainly in Pelton and Francis turbines. In this study, a simple and effective method has been presented to measure erosion in a Kaplan turbine of a run-of-river scheme Chilla hydropower plant in foothills of Himalaya. Recent techniques were used to measure sediment parameters like concentration, size, shape and mineral content. A standard erosion model is applied to estimate the erosion in Kaplan turbine blade, runner chamber and draft tube cone. A calibration factor has been proposed to apply the erosion model for site specific conditions. It has been found that the outer trailing edges of the turbine blade and upper runner chamber are most erosion prone zones. Sediment analysis revealed that effective operation can reduce erosion in turbine components. The estimated erosion values from model are found to be consistent with measured values. Finally, suggestions for design improvements and effective operation of erosion affected hydropower plants are given.     

水泵水轮机流动可视化研究

利用PIV流场测试技术，对低比速混流式模型水泵水轮机转轮在水轮机工况下进行了可视化研究，结果表明水泵水轮机模型在设计工况下转轮区的流态较好；在非设计工况下，不管正冲角还是负冲角，翼间流场都会有一定的脱流与旋涡存在。尤其在大流量工况下，在叶片正面形成的脱流漩涡，其位置几乎不变，机组运行比较稳定；在小流量工况下，存在着周期性的脱流漩涡，从进口附近逐渐变化到出口附近，机组运行不稳定。     

斜流式水轮机转轮准三元设计方法研究

根据准三元流动理论,研究斜流式水轮机转轮叶片的设计方法。推导出对斜流式水轮机转轮更为适用的S1和S2m流面的方程,用有限元法对两个流面方程建立有限元模型,并在S1相对流面首次引入了“等价速度三角形”理论,用轴向速度变化率ζ和流面倾斜参数η来修正因流面倾斜和轴向速度变化而引起叶栅性能变化的影响。利用在两个相对流面间进行迭代求解准三元设计方法,计算出的斜流式水轮机转轮可达到预期设计要求。该设计方法也可推广应用于其他流体机械转轮的设计。     

长短叶片转轮对低比速混流式机组的性能改善研究

基于计算流体动力学分析理论,对含有常规转轮和长短叶片转轮的混流式水轮机开展全流道数值分析,研究高水头下低比转速混流式水轮机转轮在不同工况下的流动现象,探明转轮加装短叶片对混流式水轮机内部流动状态的影响。在最优工况下,通过对比计算所得的两种转轮内部的流速和压力分布发现:加装短叶片以后转轮叶片吸力面进口附近的涡流得到明显抑制,长叶片的压力负荷得到减弱;增加短叶片后,转轮出口环量减小较为明显,对尾水管流态改善、转轮及机组的能量特性提高有重要作用。研究结果表明,在相同的单位参数下,相比常规叶片转轮,长短叶片转轮改善了转轮进口的入流条件,从而提升了机组的运行稳定性和能量特性,可作为高水头转轮设计的主要方向。     

大朝山水轮机转轮动应力试验研究

开展真机转轮叶片动应力试验研究是解决大型水轮机转轮开裂的关键。作者对大朝山水电厂6^#机组水轮机转轮动应力进行了全面的试验研究，分别对机组变转速、变电压和变负荷等稳定工况以及开停机、升降负荷、甩负荷、筒闽动水关闭等瞬变工况下转轮叶片静动应力和振动进行了测量，获得了大量第一手宝贵的试验数据，对真机转轮静动应力的变化规律进行了深入分析与探讨。研究成果对进一步揭示大型水轮机转轮的开裂原因和深入开展混流式水轮机的可靠性研究具有重要意义。     

水轮机长短叶片转轮三维数值模拟

基于Standard k-ε双方程湍流模型和三维时均N-S方程,进行了混流式水轮机HLA351长短叶片转轮流场的三维湍流数值模拟研究,获得了流道的流速和压强分布.计算结果表明:和常规转轮相比,长短叶片结合的转轮流态较好,流速和压强分布合理,水轮机的全流道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.     

基于转轮换型的水轮机增容改造及数值模拟

从青海铁吾电站HL160-WJ-84水轮机运行中的实际问题出发,在明确了水轮机改造的方向和目标后,对新旧型谱系列模型转轮的性能进行了对比分析。基于对比结果,初选出了D06A转轮用于技术改造试验。对改造前后的水轮机全流道进行三维湍流数值计算,给出了水轮机改造前后的水动力学特性差异。同时,对改造前后的水轮机蜗壳、转轮叶片的流态分布状况进行了分析比较,对改造后的水轮机整体水力性能进行预估。分析认为,对于小型卧式HL160机组而言,更换转轮后还需对上冠泄水孔实施改造,以防止对流场造成扰动,降低机组的效率。     

新型H型叶片潮流能水轮机不同翼型水动力性能分析

为了探究垂直轴潮流能水轮机转轮叶片翼型对其水动力性能的影响,在保持水轮机密实度相同的条件下,采用Fluent软件对4种不同翼型的H型直叶片潮流能水轮机进行了三维流场非定长数值模拟。通过4种H型叶片翼型对转轮动力扭矩特性和水能利用系数的影响,分析了潮流能水轮机水动力性能。结果表明,NACA0015翼型的水轮机单叶片动力扭矩最大值明显高于其他3种翼型;而整体转轮扭矩最大值取决于其不同的来流速度等运行工况。从整体上看,不对称翼型NACA4415的水轮机水能利用效率优于其他3种翼型。本研究为新型潮流水轮机的设计和翼型的选择应用提供了依据。