离心水泵的扩展传递矩阵研究

在单纯水力系统传输特性研究的基础上，又引入转动轴的力矩参数，进行离心水泵的传输特性实验研究。重点分析泵轴力矩的激励响应、传递矩阵的数值表达以及系统内部扰动源的评价，讨论水泵动态传输特性的基本特征。结果表明，所应用的基本实验方法、数据处理过程以及传递系数的模式辩识是可行的；泵轴力矩的响应显现其存在其他影响因素，但仍然呈现与水压力类似的对称分布；扩的传递矩阵表明力矩与水力系统参数的传输特性具有不同特征，相关的传递系数呈现出某种线性关系；扰动源分析从应用意义上验证了传输特性确定方法的正确性。     

高水头两级水泵水轮机的发展

本文叙述新近研制的高水头两级水泵水轮机，提出了单级水泵水轮机的水头上限，描述了新机组的特性，井分析了它的水力和机械性能，同时对该机组与日立公司设计的水头为1450m的两级水泵水轮机作了比较。     

大型轴流泵站起动过渡过程分析

为获得大型轴流泵站起动过渡过程水力特性,分析了泵组转动力矩平衡方程、水头平衡方程,以及三相交流异步电动机固有机械特性、水泵全特性曲线移动最小二乘法拟合,带小拍门的快速闸门水力特性,最终得出过渡过程数学模型,然后基于Simulink平台,模块化分解、搭建数学模型,并对主要水力参数仿真计算。计算表明,Simulink模块化仿真可方便地进行大型轴流泵站起动过渡过程分析,模块参数易于修改,便于工程推广。     

水力机械新技术的研究与应用

中国水利水电科学研究院水力机电研究所拥有三座具有国内领先水平的大型试验台，可从事水力机械能量特性试验、空化性能试验、飞逸特性试验、水压脉动特性试验、力特性试验、水流内特性试验、水泵-水轮机过渡过程特性试验等．近年来在承担三峡、二滩等国家重大工程的前期科研攻关任务的同时，结合市场需要，针对混流式水轮机、轴流与贯流式水轮机、离心泵、轴流泵、泥浆泵、贯流泵等研究开发了优秀水力模型．在模型试验技术、水力机械内部流动分析、抗磨防蚀技术、水力机械振动稳定性研究等方面，亦取得了具有重大学术价值的研究成果．     

分析离心油泵性能的新方法

提出一种利用已知泵性能曲线深入分析离心油泵性能的新方法。首先列出离心泵内部流动能量平衡关系式和离心泵基本方程并分别对其求导 ，根据实验数据，联立求解方程计算出滑移系数、水力损失系数、容积效率、水力效率和机 械效率等参数随叶片数的变化关系，深入研究了叶片数对性能的影响。结果表明，滑移系数随叶片数增加而增大；叶片数通过改变叶轮滑移系数和水力效率来影响泵的水力性能；降低叶轮圆盘摩擦损失是提高离心油泵性能的关键。     

在工程教育实验室设置虚拟水泵系统装置

除了理论方法,流体机械课程也要求有良好的实践和实验室的练习,在课程结束后,学生应全面了解实践的好处和其中可能出现的问题。以水泵为研究对象,设计了演示教学试验台,这使得把以下知识演示和教育给学生成为可能:伯努利方程、叶轮机械的欧拉方程、水力损失、文丘里流量计—几何和测量、空化和漩涡流现象,以及执行ISO 9906国际标准的水泵测试、水泵控制和能源效率问题,确定水力系统特性,用体积法校准文丘里流量计。将引导学生如何选择和连接压力变送器,以及如何校准这些仪器,如何应用和升级已开发的La bVIEW应用程序。此外,许多安装的部件是透明的,如入口和压力侧的管道、文丘里流量计、主要校准槽以及水泵蜗壳。通过下面试验台的实验,可以激发学生撰写电子技术报告的积极性。另外,在软件LabVIEW设计中,还介绍了在并联和串联模式下水泵测试的虚拟实验。图17幅。     

河南五岳抽水蓄能电站水泵水轮机模型验收试验

河南五岳抽水蓄能电站水泵水轮机模型验收试验于2021年12月在DF-150水力机械通用试验台进行。简要介绍了模型水泵水轮机和模型试验台,并对主要试验结果进行了分析,试验结果表明,该水泵水轮机模型能量、空化、飞逸转速、压力脉动、全特性等主要水力性能满足合同要求。     

离心水泵的扩展传递矩阵研究

在单纯水力系统传输特性研究的基础上,又引入转动轴的力矩参数,进行离心水泵的传输特性实验研究。     

自动喷水灭火系统格栅状管网水力计算优化探讨

自动喷水灭火系统格栅状管网(下称"格网")的形式较为复杂,准确且高效的水力计算是其推广应用的前提。"格网"的水力计算与城市给水管网平差类似,采用节点方程法较为合适。基于方程组对应的系数矩阵为大型稀疏对称正定矩阵,对系数矩阵的生成算法、储存算法和分解算法进行了优化,规避了零元素的储存和运算,有助于提高计算效率。     

呼和浩特抽水蓄能电站水泵水轮机模型验收试验

对呼和浩特抽水蓄能电站水泵水轮机的模型验收试验中的能量特性、空化性能及水力稳定性进行了介绍,对水泵水轮机的主要水力性能进行了初步分析,对改善S特性以及对真机的设计及运行提出了建议,可供参考.     

灯泡贯流泵装置的基本流态分析

为了回答灯泡贯流泵装置中的灯泡体究竟应该前置还是应该后置的问题,应用水泵装置三维湍流数值模拟的方法分别研究了南水北调东线工程某泵站前置灯泡和后置灯泡贯流泵装置两个不同方案的流态,揭示了前置灯泡和后置灯泡贯流泵装置的基本流动属性;数值模拟的结果得到流道模型试验的验证。研究结果表明:前置灯泡贯流泵装置的进、出水流态均匀平顺,水力损失较小;后置灯泡贯流泵装置的进水流态均匀平顺,但出水流道内存在明显的偏流和旋涡流动,水力损失较大;灯泡体前置符合水力学的基本原理,是获得最佳灯泡贯流泵装置水力性能的必要条件之一。     

低扬程泵装置优化水力设计的关键问题

对低扬程泵装置的优化水力设计问题进行了较为深入的研究.将低扬程泵装置效率分解为水泵效率和流道效率两个方面,讨论了泵装置中泵段的概念和泵段效率的修正等问题,分析了流道水力损失对流道效率及泵装置效率的影响,通过实例说明了流道内的流速和流态对流道水力损失的影响,得到以下结论:在低扬程条件下,尽可能减小流道水力损失是提高泵装置效率的关键;减小流道水力损失的关键是降低流道内的流速和改善流道内的流态,其途径主要包括选择水力性能最优的泵装置型式和流道型式、适当降低水泵的nD值、选择更优秀的水泵水力模型、适当放宽流道控制尺寸、对流道型线进行充分的优化水力设计等.     

水泵叶轮直径对低扬程泵装置水力性能的影响

采用数值计算的方法,分别计算了具有不同水泵叶轮直径的立式轴流泵装置和灯泡贯流泵装置的流道水力损失,比较了水泵叶轮直径对流道水力损失的影响;根据叶片泵的相似律,分析了在一定设计流量条件下水泵叶轮直径与nD值的关系以及对水泵选型设计的影响。结果表明：选取较大的水泵叶轮直径将显著提高流道效率和泵装置效率;＂增径降速＂与降低nD值是一致的;在泵装置扬程较低的情况下,选取较小的nD值便于选用到水力性能较好的轴流泵水力模型。     

灯泡贯流泵装置的优化水力设计

采用CFD理论应用Fluent软件对某低扬程泵站灯泡贯流泵装置进行了三维湍流数值模拟及其优化水力设计,并采用透明流道模型试验验证了该优化设计.研究结果表明:灯泡贯流泵进、出水流道的控制尺寸及过流边界的形线对贯流泵装置的水力性能具有较为明显的影响;借助于三维湍流数值模拟方法可逐步优化其水力性能,且在设计流量下工作时的流道水力损失可控制在较小的范围内.前置灯泡贯流泵装置具有更好的水流条件,其水力 性能优于后置灯泡贯流泵装置.采用数值模拟得到的贯流泵装置流道的内部流态及其水力损失与流道模型试验得到的结果基本一致,表明采用数值模拟方法得到的灯泡贯流泵装置优化水力设计的结果是可信的.     

长距离有压输水工程泵站水锤的数值分析

综合考虑了长距离有压输水系统中的泵、泵后阀门、空气阀、调压井、异性串联管、下游水库等各种内、外边界条件,采用特征-差分方法,针对实际工程的泵站水锤问题,通过数值方法对事故停泵后重新启泵的时间间隔、输水系统管线糙率等要素进行了敏感性分析。结果表明,合理的启泵时间间隔有助于改善有压输水系统及其部件在水力过渡过程中的水动力特性,并缩减调压井尺寸及相应工程造价;管线糙率对水头损失和水锤波衰减存在影响,对全系统在水力过渡过程中的水动力特性影响较小。     

流道喷涂对双吸离心泵压力脉动特性影响研究

流道喷涂技术能有效提高水泵过流部件抗磨损能力并降低水力损失,但其对压力脉动特性的影响并不明确。本文采用试验的方法,对一双吸离心泵流道喷涂前后的压力脉动进行同台测试,并分析了混频幅值和频谱特性。结果表明:流道喷涂处理降低了流道粗糙度,减小了水力损失,提高了效率,但同时也改变了水泵固有的压力脉动特性。对于吸水室,喷涂处理缩小了压力脉动稳定区的范围,使小流量工况区的压力脉动峰峰值达到喷涂处理前的2.8倍,加剧了水泵在小流量工况下运行的不稳定性。对于压水室,喷涂处理使靠近隔舌区域在小流量区的压力脉动明显增加,使远离隔舌区域在大流量区的压力脉动增加。而在设计流量区域,喷涂对各个位置压力脉动影响不明显。为了使喷涂技术发挥综合效果,保证水泵运行稳定,应该尽量避免喷涂后的水泵在偏离设计流量工况运行,特别是严格避免水泵在低于0.75倍设计流量工况运行。     

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。     

南水北调工程北京大宁调蓄泵站流道比选与优化研究

北京大宁调蓄泵站是大宁调蓄水库的重要组成部分,对解决南水北调来水与北京需水过程不匹配问题起着重要作用。根据泵站特点选定立式潜水导叶式混流泵为工程的合理泵型。通过三维紊流模型对肘形、簸箕形进水流道内水流流态进行数值模拟,预测和评价流道的水力特性,综合考虑水力性能和施工方便性,选用簸箕形进水流道。为进一步提高水泵的装置效率,对簸箕形流道进行优化设计,有效地改善了水泵的进水条件,装置最高效率提高了1.08%。本工程的研究成果可为类似工程设计提供参考。     

On the hydrodynamics of hydraulic machinery and flow control

Hydraulic machinery mainly includes turbine and pump, which is closely related to national economy and people's livelihood involving aerospace industry, marine engineering, hydropower engineering, petroleum industry, chemical industry, mining industry, biomedical engineering, environmental engineering, agricultural water-soil engineering, etc.. The internal flow of hydraulic machinery is extremely complex, and its characteristics can be summarized as high Reynolds number, multi-scales, inhomogeneous and vortex-dominant unsteady turbulence which interact with the rotating dynamic boundary(rotor blade). Based on the analysis of the internal flow characteristics of hydraulic machinery, the author and his research team successively proposed a rotation correction model, a curvature corrected filter-based model, a scalable detached eddy simulation method, and a non-linear hybrid RANS/LES turbulence model to capture unsteady flow structures and then predict hydraulic performance and dynamic characteristics more accurately. According to the analysis on the internal flow, the corresponding flow control measures were put forward. It was verified by experiments that these methods could significantly improve the hydraulic performance, anti-cavitation performance and dynamic characteristics(pressure pulsation and vibration) of hydraulic machinery in a certain range of operating conditions. In addition, the mechanism how flow control measures influence internal flow was analyzed in depth, aiming at finding a feasible and effective way to improve hydraulic performance, anti-cavitation performance and dynamic characteristics of hydraulic machinery.     

定-变速抽水蓄能机组调相-发电过渡过程动态特性研究

可变速抽水蓄能作为一种较新的机组形式,在参与电网调相调频、功率调节等方面相对传统定速机组具有独特优势。调相-发电过程作为抽水蓄能机组应对风光等间歇性可再生能源波动的典型过渡过程,对过流部件压力波动及机组运行稳定性有显著影响。目前抽水蓄能电站中广泛采用的一管多机布置形式存在水力干扰现象,一台机组的工况变化会影响其他机组的运行。同时,变速机组的引入会使机组展现出与传统机组不同的水力动态特性。为深入探究调相-发电过渡过程中不同机组布置形式下复杂管道系统的水力动态特性及相关稳定性问题,结合工程数据,基于特征线法和S函数等方法构建三种不同机组组合形式下一管双机抽水蓄能机组模型。针对不同机组布置形式,分别探究不同动作间隔下机组的蜗壳压力、尾水管压力及调压井流量等水力因素的动态特性及其对蓄能机组稳定性的影响。定量分析结果表明：在调相-发电工况下,工作水头及蜗壳压力先下降后上升,尾水压力、下游调压井水位及流量呈现正弦式衰减振荡;3种组合形式中定速-变速机组组合稳定性效果最佳,变速-变速组合的水力波动最大。本研究为定、变速组合的抽水蓄能电站安全稳定运行提供一定的理论依据。