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。     

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。     

混流式水轮机蜗壳内流动的数值研究

在分析研究现有的混流式水轮机蜗壳设计理论的基础上，对蜗壳在不同工况下的内部流动情况进行了三维不可压定常粘性流动的数值模拟。文中基于N-S方程，标准的κ-ε模型，采用贴体坐标和非结构化网络，用SIMPLE算法对蜗壳内部流动进行了详细的计算分析，计算结果与试验值吻合，为蜗壳优化提供了依据，也为固定导叶的设计和改型提供了指导。     

混流式水轮机导叶相对位置对其水力性能的影响

含沙水中水轮机的水力性能受多种因素影响,本文采用RNG k-ε湍流模型,对竖轴混流式水轮机三维全流道导水机构内部流动迚行了数值模拟。适当选取若干种导叶开度,通过数值模拟得到了不同导叶开度、固定导叶与活动导叶周向不同相对位置下,导水机构内部流场的压力分布、速度分布以及能量损失。计算结果表明固定导叶与活动导叶的周向位置对水流的流态的影响,活动导叶头部的内侧更容易受到冲击破坏,合理地匹配它们的位置关系可以较大地减少水力损失。确定固定导叶与活动导叶在不同开度下最优匹配角,导叶开度及相对位置对水轮机水力性能联合影响关系。     

水泵水轮机泵工况停机提前掉电流态分析

在水泵水轮机泵工况停机过程中,当活动导叶开度小于20%最大开度时,导水机构会出现异常振动和噪音。为了避免这种不稳定现象的发生,本文对水泵水轮机泵工况停机过程导叶小开度区流动进行数值模拟,分析了振动产生的水力学根源,验证了停机提前掉电是避免流动不稳定的有效措施。由于本文主要研究对象是活动导叶域的内部流动规律,导叶域的流动具有较强的周期性,故本文采用二维单周期模型进行计算。模拟过程中以电站过渡过程的计算结果作为数值模拟的边界条件,采用RNG k-ε双方程湍流模型进行求解,控制方程使用有限体积法进行离散,停机过程中活动导叶的关闭采用动网格技术实现。计算结果表明,在水泵水轮机停机过程中采用提前掉电,可以有效控制导叶内部流态,增强流动稳定性,明显降低了振动和异音产生的可能性。进一步分析表明,导叶域内部流动稳定性与断电开度大小成正相关,考虑到实际电站运行中的可操作性,本文推荐3° ~ 6°为断电开度。     

混流式水轮机三维非定常流分离涡模型的精细模拟

数值模拟已成为当前研究混流式水轮机内部流场及其复杂流动机制的重要工具。基于不可压缩流体瞬态N-S方程对混流式水轮机内部三维非定常流进行精细模拟分析,以标准κ-ε模型对水轮机进行全流道定常计算的结果作为初始流场,应用较新的分离涡模型（detached eddy simulation,DES）和滑移网格技术进行了水轮机动静干扰的非定常湍流数值模拟,得到了偏工况下活动导叶出口及转轮叶道内涡量场及速度场分布特性。模拟了大尺度涡旋结构的卷起、发展等瞬态演化过程,结果表明DES方法可以更加全面真实地模拟水轮机内部的流动情况,捕捉到水力机械中复杂流道内的三维动态涡结构。该研究对于探讨影响水力发电机组出力摆动的水轮机涡激振动的内在机制、确保机组的安全稳定运行具有一定的参考意义。     

水轮机导水机构力特性的数值实验研究

在分析研究现有的水轮机引水部件内部流动和设计理论的基础上，文中基于N－S方程，标准的k-ε紊流模型，采用贴体坐标和非结构化网格，用SIMPLE算法，对带蜗壳的导水机双列叶栅进行三维不可压定常粘性流动数值模拟，详细研究了导水机构水动力学特性，计算出导叶上的水作用力和水力矩系数，其计算结果与实验值相吻合，为正确的选择水机构接力器、设计导叶提供必要条件。     

混流式水轮机全流道三维定常及非定常流数值模拟

基于三维时均N-S方程对水轮机内部流动及特性进行三维数值模拟分析,首先采用标准k-e 模型在不同导叶开度工况下对水轮机进行了全流道多部件、动静耦合的定常湍流计算,获得了各工况下各过流部件内及动静部件间的流场,并预测了水轮机的能量和空化性能。在定常湍流计算的基础上,以其作为初始条件应用RNG k-e模型和滑移网格技术进行了水轮机动静干扰的非定常湍流数值模拟,得到了更合理的流场分布结果。该研究对于深入了解水轮机流激振动的内在机理、改善水轮机的综合性能、提高水轮发电机组的运行稳定性具有参考价值。     

可逆式水轮机的数值模拟与性能分析

本文基于Navier-Stokes方程和设计的k-ε湍流模型,采用贴体坐标和交错网格系统,采用SIMPLEC算法对一高水头可逆式水轮机进行了全流道三维湍流数值模拟.详细分析了可逆式水轮机在设计工况以及非设计工况下的双向运转过程中,转轮内部,转轮和导叶交接处和尾水管中的流场,同时讨论了部件的能量性能.并结合相关知识对此进行了初步的分析.计算结果揭示了水泵水轮机转轮内部流动规律及部分原因.预测了此水泵水轮机的水力性能.     

非同步导叶预开启开度对水泵水轮机启动过程影响

为研究非同步导叶(MGV)的预开启开度对于水泵水轮机"S"特性的影响,选取有明显"S"特性的抽蓄电站建立水泵水轮机模型机组水力模型。为了给选择预开启导叶开度提供依据以及了解其对"S"特性的影响,采用湍流模型对水泵水轮机非同步导叶"S"特性区进行模拟,使用三维、不可压缩流体来模拟内流场和外特性。基于SIMPLEC算法来修正计算流场,使用二阶迎风格式对方程组进行离散求解。结合试验数据进行对比验证。通过内流场和外特性分析发现:采用MGV可以有效地阻止水泵水轮机进入水轮机制动工况;随着预开启导叶开度的增大,流动不均匀性更加明显,转轮与活动导叶之间的水环逐渐消失;预开启导叶开度的增加可以削弱尾水管中的尾水涡带。以上研究成果可以为提高水泵水轮机启动过程的稳定性提供依据。