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。     

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.     

高水头多泥沙电站水轮机导叶的泥沙磨损研究

高水头多泥沙电站水轮机活动导叶是泥沙磨损最为严重的部件。采用k-ε固液两相湍流模型和Sample算法,对水轮机全流道的流动进行数值模拟,并采集电站前池沙样,对水轮机导叶进行了泥沙磨损试验。计算结果表明,活动导叶上泥沙浓度最大位置在5%～10%弦长处,最大泥沙速度出现在20%弦长附近。试验结果表明,泥沙磨损较严重处为活动导叶头部,磨损最严重处在20%弦长附近,泥沙速度对活动导叶磨损影响很大。     

导叶开度对水泵水轮机泵工况导叶区流场影响的试验研究

针对活动导叶开度对水泵水轮机泵工况导叶区流场和模型性能的影响,在高精度模型通用试验台上对一低比转速模型水泵水轮机导叶区的流场运用粒子图像测速(PIV)系统进行了测量。测量结果显示,同一开度下随着流量减小,无叶区内的流速出现增大的趋势;同一流量随着开度的减小,导叶前流速明显增大,模型效率下降。模型试验在转轮无空化条件下进行,但在8 mm开度83%最优流量工况,由于流速高、冲角大,造成位于高压侧的导叶头部发生了明显的绕流空化现象,并引起了固定导叶流道宽频带的压力脉动。研究成果可为水泵水轮机的优化设计和安全稳定运行提供试验依据。     

基于CFD的水轮机导叶泥沙磨损研究

导叶是水轮机必不可少的引水构件,为了能研究含沙水中导叶的磨损情况,应用CFD流体分析软件,基于RNG湍流模型对不同泥沙浓度下的水轮机导叶进行了数值分析,得到了不同工况下导叶的泥沙体积分布图,从而进一步分析导叶的磨损情况。分析结果表明,在含沙水中,导叶叶片泥沙量从叶根向叶梢逐渐减小,叶片根部最早遭受泥沙冲蚀,磨损程度比其他位置严重。叶片正面过水面积比较大,所以叶片正面泥沙量比背面多,所遭受的泥沙磨损也比背面严重。随着泥沙浓度的增大,导叶表面的泥沙分布量也逐渐增大,叶片越容易遭受磨损破坏,而且同一个地方磨损程度越严重。     

基于DPM模型的某型号水轮机固定导叶泥沙磨损模拟与实验研究

含沙水对水轮机固定导叶的磨蚀不仅与流速大小、泥沙浓度有关,而且还和含沙水在过流表面速度方向有关.为了研究含沙水对某型号水轮机固定导叶冲蚀作用,验证DPM模型(Discrete Phase Model)对水轮机固定导叶磨损模拟的有效性并确定固定导叶表面重点磨损部位,应用磨损模型和DPM模型对某型号水轮机固定导叶进行数值模...     

导叶角度对轴流泵高效区运行范围的影响

为了研究导叶角度对轴流泵高效区运行范围的影响,采用CFD和模型试验对不同导叶角度下轴流泵水力性能进行数值模拟计算,并且进行内流场比较分析。结果表明,通过改变导叶角度后,优化导叶在设计和大流量工况下的内部流场更加均匀合理,导叶优化后的轴流泵最高效率为87.53%,与初始导叶方案相比,配优化导叶的轴流泵高效区运行范围扩宽了近1.36倍。最后通过模型试验对比分析,验证了数值计算的可靠性。研究结果可为提高轴流泵高效区的运行范围提供参考。     

贯流式水轮机活动导叶内部三维固液两相紊流研究

针对贯流式水轮机活动导叶内部固液两相亲流的三维数值模拟问题，基于N－S方程和两相紊流的。。一个模型，采用贴体坐标和交错网格系统，用SIMPLEC算法对水轮机活动导叶内部的固液两相亲流进行数值模拟，提出设计工况时活动导叶内部的两相紊流特性．得出了导叶内部流场和压力场的分布．将计算结果用Tecplot7进行处理，用图形表示其内部的流动状态和压力分布．     

索风营发电厂水轮机导叶轴套磨损原因分析

介绍了索风营发电厂水轮机导叶轴套及其密封形式,分析了导叶轴套磨损的原因,并提出了解决办法.     

金沙江下游水轮机泥沙磨损情况分析

根据位于水轮机3个不同位置的泥沙特征、形貌以及矿物成份,对转轮叶片、活动导叶进行了泥沙磨损试验预估研究,比较ZG04Cr13Ni4Mo和ZG04Cr13Ni5Mo材料的抗泥沙磨损能力,并对金沙江下游多泥沙条件下的水轮机运行后重点关注部位提出了重要建议。     

水涡轮机械中泥沙磨损与固液两相流理论研究

本文概述目前国内外水涡轮机械固液两相流及泥沙磨损问题的理论研究现状，讨论水涡轮机械中适用的固液两相流动基本研究方法，结合泥沙磨损的诸多影响因素，就进一步开展泥沙磨损问题的研究提出了自己的设想。     

水泵水轮机导叶间不同周向偏距对水力效率的影响研究

通过三维定常数值模拟方法,分析混流式水泵水轮机导叶间不同周向偏距RCP对水力效率的影响研究。选取9种不同的周向偏距RCP,对4种不同工况的计算,得到周向偏距RCP对水泵水轮机各工况效率影响规律。考虑机组设计工况和非设计工况下机组性能,周向偏距RCP在0-4/18之间比较合理。周向偏距RCP的变化引起水力效率下降的因素为:造成活动导叶出口处速度分布不均匀,进而活动导叶出口后的过流部件流速分布不均匀使得损失增大,导致水力效率降低。     

龚嘴水电站活动导叶修复技术

龚嘴水电站系建筑在多泥沙的大渡河下游，最早投运的机组已运行２６年，活动导叶受到泥沙的磨损严重，使活动导叶关闭后漏水严重，一旦停机，压力钢管充水，工作门前后不能平压，工作闸门难以提起，严重危及电站安全运行。电站制定出导叶修复技术，在东方电机厂的配合下取得了成功，现已将修复好的活动导叶更换到４台机上，运行情况良好，并将其余３台机陆续更换。     

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。     

水轮机活动导叶的耐磨设计及实验研究

通过对含沙水流条件下水轮机导叶的水力损失及磨蚀机理进行分析研究，重新设计制作了活动导叶的翼型，并与现行标准导叶在专门设计的模型实验台上进行了对比实验，得出了一些有价值的结果。为进一步进行导叶翼型的研究提供了有益的参考。     

天堂抽水蓄能电厂水轮机导叶控制环磨损分析及处理

对天堂抽水蓄能电厂可逆式水泵水轮机运行特性及导叶控制环磨损问题进行了深入分析,此类故障在国内抽水蓄能电厂尚为首例,提出的处理措施和预防对策,可为其他抽水蓄能电厂提供借签。     

水轮机转轮固液两相三维紊流计算及磨损预估

本文在两流体模型的基础上，使用贴体坐标的有限体积法，利用有科氏力修正的κ-ε-Ap两相流紊流模型建立了水轮机转轮内部的三维泥沙固液两相紊流计算模型。模型中求解了考虑压力对固粒相影响的时均Reynolds动量方程，并利用泥沙相的速度和浓度分布，数值计算了转轮的泥沙磨损。为了验证模型的可行性，用该模型计算了刘家峡HL001-25模型水轮机转轮内部的三维泥沙固液两相紊流流动，数值预估了转轮的泥沙磨损并与磨损试验结果进行了比较。     

基于全耦合CFD-DEM方法的多级混流泵磨损模拟研究

磨损是导致多级混流泵失效的主要原因,采用CFD (Computational Fluid Dynamics)数值模拟方法是设计优化该类泵抗磨损性能的重要手段。该文基于CFD-DEM (Computational Fluid Dynamics-Discrete Element Method)方法,通过自定义相间作用建立了流体与颗粒的全耦合模型,通过与已有实验结果对比,验证了该计算模型的准确性,研究了颗粒浓度、形状和小流量工况对泵叶片磨损的影响。结果表明,混流泵叶轮叶片磨损主要发生在头部和尾部靠后盖板一侧,颗粒浓度和形状对泵叶片磨损位置影响较小,磨损量随浓度增大和球形度减小而急剧增加,另外,流道内颗粒滞留数量与球形度大小有关。     

应用数值模拟研究影响水平井砾石充填的因素

在分析水平井砾石充填过程和充填机理的基础上，运用固液两相流理论分析了充填过程的流动阻力，对Gruesbeck^[1]提出的模型进行了改进，建立了考虑流体滤失的水平井砾石充填数学模型。通过计算，得出了各种因素对充填效率的影响。研究表明：（1）充填效率随充填排量，携砂液粘度，冲管与筛管直径比的增加而增加，但这些数值过大均不利于充填成功率的提高。（2）充填效率随砾石，液体体积比，滤失量及砾石直径的增加而降低。运用此方法可优化水平井砾石充填的地面施工参数，制定合理的施工方案，提高防砂成功率。