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。     

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。     

不完全蜗壳的三维结构化网格划分及粘性流数值模拟

网格质量对数值求解的稳定性及精度是至关重要的。结构化网格以其节省内存和便于节点编号等优点被广泛使用。许多流动分析商业软件均采用结构化网格进行数值求解,然而对于几何形状复杂的通道,如何提高网格质量,尤其是网格的正交性成为计算成败的关键。带支墩的不完全蜗壳是水轮机中几何形状复杂的通流部件之一．本文结合一个轴流项目专题着重研究丁蜗壳．探讨丁不完全蜗壳结构化网格划分中的一些处理方法．并通过求解平均化Navier-Stokes方程进行了流动分析计算：比较了优化蜗壳与原型蜗壳对水轮机水力性能的影响．通过数值损失和沿圆周液流角的变化确定了该问题合理的节点数。     

基于现代CFD过程的轴流式水轮机通道的改进设计

阐述采用流动分析商业软件CFX TASCflow求解Navier Stokes方程并结合κ-ε紊流模型来改进轴流式水轮机水力设计的方法.多年来,在轴流式水轮机转轮研究方面作了大量的工作并取得了巨大的进步;然而,随着研究的深入,在提高机组的效率方面单从转轮本身考虑余地有限,除转轮以外,其它过流通道也必须进行充分研究.结合一个轴流式水轮机开发项目,首先通过流动数值模拟研究了半蜗壳内的流动,提出了数值液流角、损失以及流量分配的概念对改进设计非常重要.在蜗壳优化的基础上,进一步指出:由于半蜗壳自身的特点,仅通过改变蜗壳的形状不可能实现固定导叶进口完美的流动结构,并在这种思想下,讨论了采用不同形状的固定导叶以减小固定导叶进口损失来弥补半蜗壳自身的不足,提高水力效率.还优化了一个五叶片的转轮.最后,在最优工况对全通道进行了数值模拟并预估了性能,对两个转轮在优化后的同一通道下进行了同台对比试验.图20表2参2     

混流式水轮机全流道内部流场CFD数值模拟研究

根据标准κ-ε双方程和雷诺时均(N-S)方程,给定转轮边界条件,建立水轮机内部流动的数学模型。通过Fluent,以HL002-LJ-410混流型水轮机为例,对水轮机全流道内部流场进行了三维数值模拟研究。获取了水轮机在最优工况、小开度工况和大开度工况3种典型工况下过流部件的湍流流动性能参数和流场分布。计算结果表明,对比其他两工况下最优工况时蜗壳静压、流速和尾水管流动较理想。同时表明,水轮机过流部件有一定的改造优化空间。     

基于三维粘性流分析的轴流式水轮机固定导叶的优化设计

绝大我数轴流式水轮机的蜗壳为不完全包角的T型蜗壳，仅通过对蜗壳的几何形状优化而实现沿固定导叶进口圆周均匀供水或速度分布均匀几乎是不可能的。本文探讨了通过沿圆周分布不同形状的固定导叶来降低损失，以克服此种蜗壳自身的不足，提高转轮的水力效率。采用流动分析商业软件对固定导叶进行优化设计，在其他通道和转轮不变的情况下，本文优化的固定导叶与常规方法设计的固定导叶进行了同台试验对比。     

轴流式水轮机轮缘间隙三维紊流数值模拟

应用雷诺应力模型对轴流式水轮机轮缘间隙的三维紊流流动进行了雷诺平均N-S方程的数值计算与分析.对转轮直径为340 mm的5叶片轴流式水轮机在轮缘间隙为0mm、0.25 mm、0.5 mm、1 mm时分别进行了分析计算,分析了轴流式水轮机轮缘问隙对叶片压力分布、速度矢量、数值效率和间隙漏水量的影响,研究了轴流式水轮机轮缘间隙内流动规律,提出了轴流式水轮机轮缘间隙对轴流式水轮机优化设计的重要性.实例表明,用三维紊流数值模拟方法研究轴流式水轮机轮缘间隙是改进和优化轴流式水轮机设计的一个重要过程.     

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。     

应用三维导叶的混流式水轮机湍流计算

对两种采用了新型三维导叶的混流式模型水轮机采用RNGk-ε湍流模型进行了全流道数值计算,得到了其能量性能,计算结果与模型试验结果基本一致。对水轮机内部流场进行了详细分析,讨论了通流部件的内部流动情况。通过与二维导叶的结果对比,分析了新型三维导叶对水轮机内部流动的影响。结果显示,三维导叶对于减少吸力面叶道涡有明显效果,对水轮机的内部流动情况有很大的改善。     

三峡水轮机的非定常湍流计算及整机压力脉动分析

本文对三峡原型混流式水轮机进行了三维非定常湍流计算，得到了水轮机的非定常流场，预测了尾水管内、转轮前、活动导叶前、固定导叶前和蜗壳进口的压力脉动。通过与模型试验结果进行比较可以看出，本文提供的计算结果能够准确预测水轮机内的压力脉动。分析结果表明，尾水管内涡带及转轮与活动导叶间的动静干扰是产生压力脉动的两个主要脉动源，并在整个水轮机流道内传播。     

透平叶片与流场系统的稳定性分析--非定常欧拉解法

将三维非定常流场与固体弹性叶片作为一个系统,通过三维欧拉非定常流场与叶片动态响应的迭代计算,来研究叶片－流场系统的稳定性,对某一蒸汽透平动叶片,在一定的流量范围内,求得叶片－流场系统的动态特性,判别其运行的稳定性范围。     

水轮机筒阀动水关闭过程的三维非定常数值模拟

在充分考虑筒阀与邻近部件之间相互影响的基础上,本文以水轮机全流道为研究对象,利用非结构化网格划分计算区域,采用RNG k-ε湍流双方程模型对筒阀内部非定常流动进行研究,并对筒阀及上下游相关的水轮机各过流部件在动水关闭状态下进行数值模拟,着重分析并得出了水轮机筒阀周边流场及引水部件蜗壳、固定导叶和活动导叶在筒阀不同开度下的压力和流速分布等流态特征,这些流态特征的分析可以预测混流式水轮机的工作状态,防止飞逸现象的发生,同时也为水轮机筒阀电液同步控制系统提供设计和操作参数等理论依据。     

基于非均匀间隙的充水保压蜗壳施工仿真分析

本文采用基于保压缝隙不均匀差异性概念的仿真算法,考虑钢蜗壳和混凝土的接触,通过ABAQUS大型有限元程序计算实现了保压蜗壳浇筑混凝土的施工过程仿真;研究保压浇筑后蜗壳和混凝土之间的初始缝隙开度随机组运行过程的变化和接触界面的接触性态,并给出施工过程中钢蜗壳应力随浇筑过程的变化规律,对钢筋和混凝土的应力做了细致分析.通过和简化方案对比,得出仿真方案更符合工程实际的结论.研究成果对保压蜗壳的施工过程监测和长期运行安全评价具有参考价值.     

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。     

水轮机尾水管内周期性湍流计算

本文运用大涡模拟进行水轮机尾水管内部非定常周期性湍流计算。对尾水管复杂计算域，提出了一种多块结构网格，计算结果用波形显示了尾水涡带和压力脉动的主要性质和运动特征。     

三峡电站水轮机模型蜗壳加工工艺

三峡电站水轮机模型蜗壳结构不同于传统的模型蜗壳，本文分析了该型蜗壳的加工难点，提出了新的加工工艺，为提高水轮机模型蜗壳的加工水平提供了经验。     

灯泡贯流式水轮机水力损失分析

对一台灯泡贯流式水轮机进行了全流道各过流部件的流场分析,探讨了各段流道内的水力损失在总损失中占有的比重以及产生的原因.分析结果表明,由于灯泡贯流式水轮机引水室形式的特殊性,几乎不能在导叶进口前提供环量,因此与有蜗壳的水轮机相比,这类水轮机的各过流部件在水力损失方面有不同的表现.活动导叶不仅作为调节流量的部件之一,也是转轮进口环量的提供者,导叶形状及与转轮的协联都对水轮机总损失有较大影响.     

汽轮机末级叶片失速颤振的全三维粘性流数值分析

给出了对汽轮机末级叶片失速颤振的全三维粘性流的数值分析方法和对某汽轮机的具体分析结果,计算了各种流量,各种背压和各种振频下的非定常气动力作功,共２５０种工况。得出的颤振边界线与实测的安全运行限制线基本符合,证明该方法完全适于进行工程应用分析。