导叶进口安放角对轴流泵性能的影响

为了探究导叶进口安放角对轴流泵性能的影响,采用CFD三维流动数值模拟技术对泵段模型进行分析,对其水力特性和内部流态进行研究,并与模型试验结果比对。结果表明,导叶进口安放角的变化只对导叶和出水部件有影响;在导叶进口安放角依次增加5°的三种模拟方案中,方案2在流量为355 L/s时泵段的综合性能最好,其泵段最高效率为87.0%。方案1的导叶进口安放角高效区向小流量偏移,高效区范围较小,流量向非设计工况变化时效率下降较快;方案3的导叶进口安放角高效区向大流量偏移,高效区范围较大,流量向非设计工况变化时效率下降较慢。在实际运行中,适当增大导叶进口安放角可以提高轴流泵在大流量工况下的效率,但同时应防止导叶进口安放角太小导致水泵高效区范围太小。     

基于CFD的轴流泵流场特性分析

为更深入研究轴流泵,了解不同工况下轴流泵的运行状态,进一步强调最优工况运行的重要性,结合南水北调工程中某泵站模型的数据,采用流体力学软件Fluent,在多重参考坐标系下,选用S-A湍流模型对模型泵进行数值模拟。通过计算,对不同工况下的轴流泵水力性能进行了预估,绘制了轴流泵的特性曲线,与试验值进行比较,吻合较好,说明了数值模拟的准确性。根据数值计算结果,分析了轴流泵叶轮叶片和导叶叶片表面的速度及压力分布,揭示了叶片和导叶表面流态和压力的分布规律:叶片压力径向递增,相对速度由轮毂到轮缘逐渐加快,按圆柱面分布,导叶表面压力呈带状分布,水流最终从导叶出口沿轴向流出。     

轴流泵装置紊流数值模拟与性能预测

运用紊流数值模拟技术对包括转轮、导叶在内的轴流泵装置进行数值模拟.计算采用RNG紊流模型,通过SIMPLEC算法,采用有限体积法离散Navier-Stokes方程,计算了不同工况下轴流泵装置流定常流动和非常定流.通过计算预测了泵装置性能,并与模型试验结果进行了比较;通过与已有实验成果比较,得出计算结果与实验结果吻合较好,表明计算结果是可信的,数值计算方法是可行的.     

低扬程立式轴流泵装置模型马鞍形区研究

结合南水北调东线工程某大型泵站,采用物理模型试验和数值模拟方法,对低扬程立式轴流泵装置模型的马鞍形区进行了研究。试验结果表明,低扬程立式轴流泵装置在部分流量区域出现不稳定的马鞍形区,马鞍形区扬程范围大约在1.3Hd~1.6Hd;各个叶片安放角度下的马鞍形区流量范围各不相同,在0°叶片安放角下,在50%~75%的设计流量之间出现马鞍形区。结合不同工况的数值模拟结果,对装置模型马鞍形区的流动特性进行了分析,发现叶轮进口轮缘和叶轮出口轮毂产生二次回流是造成低扬程立式轴流泵装置模型效率下降和运行不稳定的直接原因。     

彭水水电站汛期机组出力提升研究

为更好发挥彭水水电站效益并保障机组安全稳定运行，在现有机组流道尺寸不变的前提下，利用理论分析、CFD数值模拟技术和水轮机模型试验等方法，分析了彭水水电站在汛期低水头下提高机组出力和部分负荷运行稳定性的可行性方案。结果表明：通过对水轮机转轮、活动导叶等关键过流部件进行优化改造，机组发额定出力对应的最小水头可以由原来的67 m优化到63 m,能够提高汛期机组发电调峰能力，并减少电站弃水；机组安全稳定运行的水头范围由原来的52.0～81.6 m优化为44.0～81.6 m,优化后的水头变幅H_max/H_min高达1.855,同时水轮机在全水头、45%～100%预想出力范围内均能稳定运行。     

叶片数对轴流泵水力性能的影响

采用基于CFD数值模拟计算的方法研究叶轮叶片数和导叶叶片数对轴流泵水力性能的影响。对轴流泵的水力性能曲线进行数值计算并分析。结果表明,轴流泵的扬程随着叶轮叶片数的增加而增加,但并不是严格随着叶片的多少成比例升高,轴流泵效率随着叶轮叶片数的减小而增大,必需汽蚀余量随着叶轮叶片数的减小而增大。不同导叶叶片数下泵段扬程基本保持一致,说明导叶在进行配套设计完成后,单改叶片数对扬程影响很小,但是对效率影响较大,特别是大流量工况叶片数越多,效率越低。     

水头变幅大的混流式水轮机CFD分析与优化

水轮机稳定性问题一直是研究的难点，对水头高，水头变幅大的电站尤其受到关注，且目前已经投入运行的大型水电站都存在不同程度的振动问题，虽然产生的因素很多，但水力问题是重要因素之一。本结合龙滩水电站水轮机参数优化及稳定性研究项目，通过CFD分析，对模型水轮机的蜗壳、固定导叶、活动导叶、转轮、尾水管进行了全面的优化设计，模型转轮共计算了22个工况点，经过优化的转轮延迟了小负荷区涡带的产生和叶片正背面脱流的产生。通过模型试验验证，龙滩水电站水轮机水力性能研究是成功的，研究成果达到了预期目标，CFD分析结果与模型试验结果基本吻合。     

30°斜式轴流泵站的水力模型试验

对 3 0°斜式轴流泵进行水力模型试验的结果表明 ,该水泵具有良好的水力特性 ,高效范围区较广 ,能获得较高的装置效率 .试验结果可作为泵站设计和运行管理的依据     

灯泡贯流式水轮机轴向水推力的试验研究

笔者首先介绍了灯泡贯流式水轮机轴向水推力的模型试验原理及试验方法,再通过一系列的模型试验,分别讨论了桨叶角度、导叶角度、水头、协联关系等各个运行条件对轴向水推力的影响,依此对水轮机各个运行工况下的轴向水推力进行了分析探讨。通过对大量的模型试验数据进行整理分析,归纳总结了灯泡式水轮机在各个运行工况下轴向水推力的变化规律,掌握这些变化规律,可为原型水轮机的相关设计和运行提供重要参考。     

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。     

新型潮汐双向竖井贯流式水轮机能量特性研究

为了研究某潮汐电站开发的新型高效低水头大流量双向竖井贯流式水轮机的能量特性,进行了模型试验与数值模拟计算。在模型试验中测试了水轮机正反两向、不同叶片安放角、不同导叶开度下的水头、流量和扭矩等参数,绘制了水轮机模型综合特性曲线,并与数值模拟结果进行了对比。试验结果表明,水轮机额定工况下,正向效率可达89.68%,反向效率可达84.08%,满足该潮汐电站运行要求;数值模拟结果与试验结果吻合,验证了数值模拟的可靠性,同时通过将换算后的原型试验结果与CFD数值模拟结果进行对比发现,在偏离设计工况点但是保持额定水头不变时,改变导叶开度引起的流量变化比改变叶片安放角引起的流量变化对数值模拟结果的偏差影响略大。     

不同导叶参数对混流泵水力性能的影响

为探求不同导叶参数对混流泵水力性能的影响,以比转速为438的模型泵为研究对象,在模型试验验证的基础上,采用计算流体动力学方法,以常规导叶设计为基础,在保持其他参数不变的情况下,分别数值模拟计算了4种不同导叶叶片数方案和7种不同导叶片扫掠角度方案的混流泵段水力性能。数值模拟结果表明:改变导叶叶片数对混流泵段外特性影响明显,不同流量下存在不同的最优叶片数,小流量工况运行时,应适当增加叶片数,大流量工况运行时,应适当减少叶片数;不同导叶片扫掠角度对大流量区域影响显著,不同流量存在不同的最优导叶片扫掠角度且随着流量的增大从-16°逐渐偏向+24°;在流量为510 L/s时,计算扫掠角度范围内对效率的影响达5.5%。     

高扬程大流量离心泵导叶优化及流动特性研究

为使离心泵满足高扬程大流量抽水的需求,设计了一种高效率的高扬程大流量的导叶式离心泵,并对其内部流场进行分析。为了提高效率,采用CFD数值模拟方法对设计得到的离心泵进行单因素试验,通过试验优选出了导叶形式、导叶入流角角度以及导叶数量。实践证明:优化后离心泵的效率提升了5.01%且具有较宽的高效区;同时,流场分析结果发现:小流量工况与大流量工况时离心泵内部流场流态呈现为不同的趋势,在小流量工况下,漩涡往往小而密集;而在大流量工况时则表现为大而疏散。研究结果可为今后导叶式离心泵的研究和设计提供一定的参考。     

斜式轴流泵装置出水流道偏流特性研究

斜式轴流泵是大流量低扬程提水领域的一种典型泵型,但其在某些工况下存在严重偏流问题,是影响斜式轴流泵站安全稳定运行的工程难题和关键科学问题.本文以浙江盐官泵站15°斜式轴流泵装置模型为研究对象,通过模型试验和数值模拟方法对装置内部瞬态流动特性进行研究,分析了不同流量工况下内部流动特征及偏流产生的原因,提出了解决偏流问题的...     

15度斜式轴流泵装置水动力特性实验研究

15度斜式轴流泵装置是我国近年在低扬程、大流量泵站引入的一种新型泵装置,由于出水流道前端呈S形弯曲,流道内的二次流导致某些工况下压力脉动和振动较大,这一问题尚有待深入研究。本文针对浙江盐官泵站技术改造所研制的新型15度斜式轴流泵装置进行了水动力学特性的实验研究。研究发现,与泵段相比,斜式轴流泵装置的最优工况点向负叶片角度和小流量区偏移。泵装置在较小叶片角度下的空化特性优于大叶片角度;当装置空化余量低到使泵装置效率下降1%时,叶片背面出现占据近1/3叶道区域的空化区。斜式轴流泵的飞逸转速在较大负叶片角度时可达额定转速的1.73倍。斜式轴流泵压力脉动在导叶出口、出水弯管和出水流道内明显高于常规立式轴流泵;从水泵进口方向看,当叶轮逆时针方向旋转时,斜式轴流泵装置出水流道隔墩左侧流量大于右侧。本文研究成果为大型斜式轴流泵站优化设计和稳定运行提供了新的科学依据。     

超低水头竖井贯流式水轮机三维湍流数值模拟

针对竖井贯流式水轮机导叶叶片数对其性能的影响,结合淮安市古黄河水利枢纽工程水轮机模型试验,在一定导叶开度下,对不同导叶数的竖井贯流式水轮机进行了基于CFD的数值模拟,并获得了设计点工况下配置不同导叶数量时水轮机的水力性能。将不同方案在水头损失以及流道和转轮效率上进行了对比。结果表明：随着导叶数的增加,流道效率和转轮效率逐渐提高,水头损失随之减小。通过分析贯流式水轮机内流场并结合外特性计算结果,最终确定了最佳导叶数方案;数值模拟得到的效率与试验数据的平均误差相当小,证明了数值模拟的准确性。该方法可以为超低水头竖井贯流式水轮机设计及其水力性能优化提供参考。     

某电站水轮机宽负荷高稳定性运行改造研究

在电站改造设计中,为了改善部分负荷的稳定性能,扩大水轮机的稳定运行范围,保证宽负荷稳定运行,采用先进的CFD数值模拟和理论分析相结合的方法,对活动导叶、转轮、锥管进口段等通流部件进行了优化设计及CFD分析计算。研究结果表明:采用扩大导叶分布圆、扩大转轮进出口直径及对转轮叶片和导叶翼型的优化,实现了具有更加宽广的稳定运行范围,改善了高水头部分负荷及低负荷运行的稳定性;改造后转轮的能量、空化、压力脉动和头部脱流等性能优异,符合电站实际运行特点的需要。研究成果可用于水头和比转速接近的其他电站水轮机改造,为电站改造提供了良好的技术储备,应用前景广阔。     

低扬程双向立式轴流泵装置水力优化研究

苏南某泵站是双向立式轴流泵,在该泵站机组结构改造之后,利用CFD软件建立该泵站的泵装置三维模型,并进行数值模拟计算,得到水力性能参数值。将现场测试结果与数值模拟结果相比较,表明数值模拟的结果与现场测试的结果较为吻合,设计工况下,效率的误差为±1.25%,说明数值模拟方法具备较高精度,其结果具备较高可靠性。在结构改造的基础上,利用数值模拟方法对泵装置进行了局部结构优化:通过改变该泵站泵装置的轮毂比,使泵装置的效率提高了1.44%,通过改变叶轮叶片出口边与导叶进口边的距离,使导叶出口的水力损失得到改善,优化后泵装置具备较好的水力性能。     

基于 FBM 模型的轴流泵空化流动特性 CFD 分析

轴流泵运行工况多变,容易发生空化,会严重影响泵的水力性能。为研究轴流泵空化工况下的流动特性,进行了全流道空化流动数值模拟和压力脉动分析,通过比较实验数据和不同湍流模型的计算结果,验证了FBM模型在预测轴流泵外特性和空化性能方面的优越性。研究结果表明:FBM模型预测非设计条件下的数值误差最小,特别是在具有小流量条件的流场中误差最小,其中平均扬程误差1.19%,平均效率误差5.31%;FBM在预测空泡体积数、含气量上的精度均大于其他三种湍流模型,与实验结果最接近;在NPSH=5.25m空化刚开始阶段,叶片上的压力脉动的主要频率位于fn及其倍频处,叶片吸力面的压力监测点由于受到空泡溃灭影响出现大量低频幅值,导叶出口监测点的压力脉动受到导叶片背面流动状态的影响出现大量低频信息。     

混流式鱼友型水轮机导叶优化设计研究

鱼类通过传统混流式水轮机时会因为其流道尺寸狭小受到撞击而出现伤亡。以计算流体力学方法为基础对混流式鱼友型水轮机导叶区进行优化设计,旨在保证水轮机出力及效率的同时减小过机鱼所受伤害。为了对比分析两组导叶(含固定导叶、活动导叶)设计方案的运行性能,分别对水轮机全流道进行不同工况下的稳定场数值模拟,分析水轮机能量特性及流动特性。模拟结果表明,两组导叶设计方案的最优导叶开度相同,均为28°;综合考虑水轮机运行性能,导叶设计方案一优于方案二。