不同导叶数对超低比转速水轮机水力性能的影响

为研究固定导叶数对小流量、低比转速的冷却塔专用超低比转速水轮机水力性能的影响,利用CFD技术对不同固定导叶数的超低比转速水轮机进行模拟分析,研究了4种不同导叶数对超低比转速混流式水轮机水力性能的影响。结果表明:水轮机匹配18个固定导叶时,超低比转速水轮机内部流动更加均匀,导叶间压力在圆周方向对称性更好;转轮流线分布更加顺畅,流态更好,尾水管涡量更小;水轮机运行稳定性增强,机组出力和水轮机效率提高。     

运西水电站竖井贯流式水轮机性能优化

采用雷诺时均方程(RANS),选择S-A湍流模型,运用SIMPLEC算法,利用CFD数值模拟技术,数值模拟了不同方案的运西水电站水轮机流道内流场,分析了转轮直径、叶片翼型、叶片个数、叶片安放角、转轮轮毂、转轮转速、导叶翼型、导叶轴线与机组中心线夹角、导叶个数、叶片及导叶安装位置、导叶开度对水轮机性能的影响,叶片数为3时水轮机装置性能较优,机组最高效率点分别在转速为187.5r/min、导叶个数为15时出现。对原有流道可改变部件做适当优化后,将优化后的转轮应用于电站进行数值计算,根据全流道的数值模拟结果,预测电站改造后机组的水力性能。根据数值计算的结果制作模型水轮机和真机进行模型试验和真机测试。结果表明,数值模拟结果与模型实验以及现场运行结果曲线的变化趋势一致,数值模拟结果基本能够准确反映电站的外特性和内部流场特征。     

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.     

混流式水轮机压力脉动特性研究

为探究不同长短叶片比例对混流式水轮机压力脉动特性的影响,基于流场数值模拟的计算方法,对不同长短叶片比例的混流式水轮机进行全流道三维非定常湍流计算。计算结果表明,混流式水轮机内部的压力脉动主要由转轮和导叶的动静干扰以及尾水管的低频压力脉动所致;当短叶片出口离转轮旋转轴最近点处与长叶片直径之比为0.6时,混流式水轮机效率最高,为92.66%,且该混流式水轮机各过流部件对应的压力脉动幅值以及振动幅值也最小,水力稳定性最好。对研究背景、计算方法与步骤,以及计算结果的分析等情况均作了较为详细的介绍。     

多沙河流水轮机活动导叶泥沙磨损数值模拟研究

多沙河流水电站水轮机活动导叶磨损严重,导致机组出现“潜动”现象,甚至危及机组安全运行。为了揭示小开度工况下导叶区域的流动特性以及磨损特性,建立了万家寨原型水轮机全流道三维水体模型,采用ＤＰＭ模型和标准湍流模型对四种小开度工况进行了固液两相流数值模拟计算,结果表明:10％开度工况与４0％开度工况相比,叶栅流道的流态变差,导叶区域的流速和压强变化梯度增大,导叶立面密封位置两侧压力差由４8ｋＰａ增加到108ｋＰａ,立面密封处流速由18ｍ／ｓ增加到2４ｍ／ｓ;在10％开度工况下,叶栅流道狭窄,含沙水流在活动导叶出口形成射流磨损,导致活动导叶迎水面的头部和出水边以及背水面立面密封位置处磨损严重,随着导叶开度增大,活动导叶表面的磨损程度以及磨损区域都逐渐减小。本研究对于多泥沙电站水轮机稳定运行以及活动导叶的磨损防护具有重要意义。     

某低水头混流式水轮机叶道涡特性数值分析

采用数值模拟手段,研究低水头混流式水轮机叶道涡的水力特性,依托某低水头混流式水轮机模型转轮试验结果和数值计算结果,选取三个单位转速下出现叶道涡的工况,基于N-S方程及SST湍流模型对水轮机进行单流道、全流道、定常和非定常流动数值模拟,分析叶道涡复杂流动的水力特性和压力脉动。结果表明,在叶道涡初生工况,叶片上冠正背面均有部分脱流现象,随着水流在叶片内部运动,转轮出口处,靠近上冠区域有较明显的脱流漩涡和失速区,这部分区域也是叶道涡产生的集中区域。分析转轮内部各个监测点的压力脉动数据,发现转轮内部各个测点会出现有规律的1倍转频的低频脉动和24倍高频脉动,1倍低频脉动与转轮自身转速有关,24倍高频脉动与活动导叶数量有关,是动静干涉影响的结果。测点位置的流态越差,该测点的压力脉动幅值会越高。     

基于熵产理论的水泵水轮机反S区水力损失机理分析

水泵水轮机在水轮机工况运行时易进入反S不稳定区,影响机组的安全稳定运行。传统压差法在计算水力损失时不能获得损失的具体分布和详细来源,因此水泵水轮机在反S区水力损失机理仍有待深入研究。本文采用雷诺时均方法对某原型抽蓄电站水泵水轮机在活动导叶开度分别为12°和35°下的反S区运行工况进行了数值模拟,基于熵产理论对各个过流部件和不同类型的水力损失进行了定量分析,并结合流场分布情况进一步明确了水力损失的分布特点和产生原因。结果表明,水泵水轮机进入反S区会引起导叶段水力损失占总水力损失的比例逐渐增大,而转轮段水力损失逐渐减小。在不同类型的能量损失中,湍流熵产占据主导,壁面熵产次之,直接熵产最小。随着水泵水轮机进入深度反S区,转轮区湍流熵产损失较大区域从转轮进口的叶片压力面转移到转轮出口叶片吸力面。水泵水轮机位于反S区时,转轮对水流做功输入能量,使无叶区总压大幅上升,活动导叶开度增大会显著增大无叶区水流能量幅值。     

可逆式机组导叶和进水球阀协联关闭规律研究

可逆式机组水力过渡过程分析与控制是保证抽水蓄能电站安全稳定运行的主要因素。本文以清远抽水蓄能电站导叶关闭规律和进水球阀协联关闭规律的研究为例,基于数值模拟研究机组导叶和进水球阀关闭规律对抽水蓄能机组水轮机工况水力过渡过程的影响,同时结合现场试验数据进行验证分析,模拟可逆式机组及其水力机械系统的水力过渡过程。结果表明:为使抽水蓄能机组调保参数满足要求,应选择合适的导叶关闭时间和关闭规律;进水球阀折线关闭比传统直线关闭更有利于改善抽水蓄能机组水力过渡过程;机组导叶正常关闭时,调保参数比导叶拒动更能满足控制要求。     

混流式水泵水轮机转轮径向间隙对周围流场特性的影响

混流式水泵水轮机转轮周围流场的特性会影响机组的稳定性,以某机组真机尺寸的全流体域k-ω模型进行CFX非定常仿真研究,共设置5组间隙组合模型,模拟机组在3个导叶开度下的运行状态。通过对无叶区、顶盖下腔和底环上腔内各个测点压力数据的分析,揭示了不同转轮径向间隙对周围流场特性的影响程度,明确了无叶区和顶盖下腔、底环上腔内压力脉动在机组运行过程中的变化规律和相关性,从而为混流式水泵水轮机的结构优化和水力优化提供了一定依据。     

用于稳定计算的水轮机调速系统原动机模型

水轮机调速系统模型中,水轮机原动机（包括水轮机和过水系统）的强非线性对稳定计算结果有着重要影响。水轮机原动机的主要特点是强非线性以及水击,尤其在导叶开度大于50%的区间,在该区间范围内增大相同的导叶开度导致增加的功率小。通过水轮机原动机理论建模研究,并以现场试验修正理论模型,建立了适用于电力系统稳定计算的水轮机调速系统原动机模型,即“机组导叶开度与出力关系曲线加理想水轮机”的非线性模型;根据水轮机真机与模型机组的相似性,进一步提出了利用水轮机模型综合特性曲线和现场试验得出最大水头和最小水头下该曲线的方法,以满足电力系统稳定计算的不同需要。     

小浪底水电厂筒形阀的同步控制原理和方法

为了减少停机时含沙水流对水轮机导叶和转轮的冲击磨损，小浪底水电厂在机组固定导叶与活动导叶之间设置了筒形阀，筒形阀由装置设在固定导叶上的导轨进行导向，由于间隙很小，而且筒形阀的体积和重量均很大，一旦在起升和下落过程中不能保持同步，将会造成发卡而影响机组的正常运行，小浪底水电厂采用电气和液压回路控制筒形阀的起落，其效果良好，对筒形阀的结构、同步控制原理及操作方法作了介绍。     

高水头船闸一字闸门水动力特性数值模拟

针对某山区高水头船闸30 m淹没水深下一字闸门的水动力特性进行研究,借助FLUENT软件提供的Realizable k-ε紊流模型对门体启闭过程非恒定流场进行动态模拟,通过建立由二维平面混合网格纵向拉伸成的三维棱柱体网格,结合2.5D重构和弹性光顺动网格法,在降低网格数量、提高计算效率的同时,实现一字闸门启闭全过程三维流场模拟。引入VOF法对自由水面迭代求解,得到一字闸门启闭过程门前后水位差及动水阻力矩变化规律,将计算结果与模型试验进行比较,两者吻合较好。模拟计算发现:门底间隙对闸门运行整个阶段动水阻力矩均有影响,动水阻力矩峰值随门底间隙增大而变小。     

Numerical predictions of pressure pulses in a Francis pump turbine with misaligned guide vanes

Previous experimental and numerical analyses of the pressure pulse characteristics in a Francis turbine are extended here by using the unsteady Reynolds-averaged Navier-Stokes equations with the shear stress transport （SST） turbulence model to model the unsteady flow within the entire flow passage of a large Francis pump turbine with misaligned guide vanes at the rated rotational speed. The S-curve characteristics are analyzed by a combined use of the model test and the steady state simulation with the aligned guide vane firstly. Four misaligned guide vanes with two different openings are chosen to analyze the influence of pressure pulses in the turbine. The characteristics of the dominant unsteady flow frequencies in different parts of the pump turbine for various misaligned guide vane openings are investigated in detail. The predicted hydraulic performance and the pressure fluctuations show that the misaligned guide vanes reduce the relative pressure fluctuation amplitudes in the stationary part of the flow passage, but not the runner blades. The misaligned guide vanes have changed the low frequencies in the entire flow passage with the change of the pulse amplitudes mainly due to changes in the rotor-stator interaction and the low frequency vortex rope flow behavior.     

低扬程灯泡贯流泵水力特性及内部流场数值模拟

为了更加深入地研究灯泡贯流泵及其后置导叶的水力性能,采用CFD方法,借助于RNG k-ε湍流模型,应用SIMPLIEC算法,对灯泡贯流泵装置全流道进行了数值模拟,分析了其在4种特殊流量工况点下机组后置导叶的流动特性,研究了灯泡贯流泵的内部流动特征。结果表明:在最优工况点时,泵装置的内部流态较好,水流平直顺畅,导叶的导流作用最好;在小流量工况下,泵叶轮进口处出现了大范围的回流、漩涡区,叶轮出口处出水流的流态紊乱,相邻叶片翼型周围有明显的回流区,后置导叶翼型周围的流态紊乱,存在大范围的不良流态区域;在大流量工况下,叶片周围流态较好,出水流态内的回流区较少,但导叶周围的流态较差。可见,后置导叶对叶轮出口处水流的导流作用明显,偏离最优工况时,导叶区的水力损失较大。     

水轮机导叶关闭规律对大波动过渡过程的影响分析

 在对水电站过渡过程进行调节保证计算过程中,利 用Matlab软件编制的水电机组仿真程序,探讨了导叶两段关闭过程中3个关键因素,即第一 段关闭时间、第二段关闭时间和导叶位置拐点开度对机组转速和蜗壳水压的影响。根据实 例计算结果得出的曲线图,分别确定了第一段关闭时间为6 s,第二段关闭时间为12 s,导 叶位置拐点开度为65%。所得参数优化了导叶关闭规律,有效地解决了在甩负荷过渡过程中 机组转速上升和蜗壳水压上升之间的矛盾。      

单导叶调速器导叶状态监测系统设计与实现

单导叶调速器调节精度高、调节灵敏,但相对复杂的系统结构也易使其发生导叶开度不同步等故障。以提高单导叶调速器的安全可靠性为目标,针对泰山抽水蓄能机组提出了导叶状态监测系统的整体方案;根据功能应用需求,分析论述了系统的工程实施问题,介绍了硬件配置和软件设计的主要过程。     

Hydraulic starting of reversible bulb units in a pump operating regime

Conclusion An analysis of the results of model investigations and of the characteristics of the transient process permits revealing the following favorable qualities inherent to the hydraulic method of starting: the possibility of a dangerous increase of pressure in the waterway with a closed gate apparatus is precluded; there is no voltage drop in the network, and the design of the motor-generator is facilitated; the starting time is relatively short; the installation of additional starting equipment and devices is not required, the existing regulating gear is used effectively.It is necessary to note that problems of the dynamic effect of the flow on the guide vanes in the second stage of the process and the overall vibrational state of the unit are in need of special investigations.Translated from Gidrotekhnicheskoe Stroitel'stvo, No. 7, pp. 38–41, July, 1980.     

大藤峡水利枢纽船闸中间渠道非恒定流三维数值模拟研究

采用两相流模型,辅以RNGk-ε湍流模型来模拟双级船闸中间渠道的水力特性,对于自由水面的模拟采用了VOF法.通过对中间渠道中非恒定流的三维数值模拟,主要针对波速、振荡波高、局部水面比降、渠道流速等水力要素进行分析,给出了上、下级船闸不同运转方式下的水力特性,为工程设计提供依据,且可为今后类似工程提供参考和借鉴.     

流量对事故闸门门体水力荷载影响数值模拟研究

抽水蓄能电站事故闸门动水闭门可靠性及门体水力荷载特性一直是闸门设计和运行中的核心问题,本文通过数值模拟,对响水涧抽水蓄能电站上库进水口事故闸门在不同事故流量工况下动水闭门过程的门体水力荷载进行研究,并与模型试验结果进行比较分析,相同事故工况的数值计算成果和模型试验成果吻合较好,表明采用RNG k~ε模型和VOF方法对平面闸门动水关闭的非恒定流过程进行数值模拟能够取得较好的结果。数值模拟计算结果表明流道的过流量对事故闸门门体水力荷载影响显著,初始事故流量越大,闸门动水关闭过程中闸门区满流向明流过渡时刻的闸门相对开度越大,闸门上游底缘上托力越小,事故闸门动水闭门的持住力相应越大。事故流量由151 m~3/s增大至800 m~3/s时,闭门持住力增大约20%。计算分析结果可为相关闸门的设计和运行提供参考。