超低比转速离心泵非定常流动压力脉动特性研究

超低比转速离心泵内部非定常流场导致的压力脉动问题是影响其安全稳定运行的重要因素。本文研究了“S”型叶片超低比转速离心泵内压力脉动的分布特征及其对安全稳定运行的改善效果，采用SST k-ω湍流模型，对“S”型叶片和直叶片两种形式分别进行定常以及非定常数值模拟，得到泵内叶轮叶片及隔舌处的压力脉动特征，并进行时域及频域分析。结果表明：直叶片小流量工况下压力脉动幅值最小，而“S”型叶片在额定工况压力脉动幅值最小；两种叶轮均以叶片通过频率为主，低频特征明显。“S”型叶片叶轮在0.6Q_d(Q_d为设计流量)、0.8Q_d、1.0Q_d、1.2Q_d四种工况下叶轮出口及隔舌处监测点压力脉动幅值均有不同程度的下降，下降幅度达23%～47%,说明与直叶片相比，采用“S”型叶片能有效降低超低比转速离心泵的压力脉动幅值，提高超低比转速离心泵运行稳定性。     

海水淡化高转速泵作透平的压力脉动分析北大核心CSCD

离心泵反转作透平是海水淡化能量回收一体机的核心动力部件之一,运行时的压力脉动是机组产生振动和噪声的主要因素之一。本文以高转速离心泵反转作透平为研究对象,采用SAS-SST-CC湍流模型,对其进行整机流道三维非定常流动数值计算,通过流场分析及压力脉动频谱分析,探讨该透平在运行时的非定常流动特性。非定常数值计算结果显示,蜗壳内多测点的压力脉动主频均为叶片通过频率,说明蜗壳内压力脉动主要由转轮和蜗壳隔舌间的动静干涉引起;旋转转轮域内8个叶片间流道中各布置了6个测点,各相似位置测点间的压力脉动峰峰值最大相差10.3%,说明对称的旋转转轮内的流动分布严重不均,这些旋转测点的脉动频率主要为叶频8倍频附近的主频或次主频,说明转轮与蜗壳间的动静干涉、叶片流道间的漩涡是引起转轮内压力脉动的主要因素,且局部漩涡引起的压力脉动强于转轮动静干涉造成的。结果表明,转轮内压力脉动比蜗壳内明显剧烈,旋转转轮内的压力脉动是机组振动主要水力原因。     

核主泵内部流动干涉的瞬态效应研究

为了揭示核主泵叶轮和导叶的流动干涉效应,采用相似换算法和多参数匹配法,基于RNG k-ε湍流模型与块结构化网格,对缩比系数为0.5的模型泵进行非定常数值模拟。结果表明:扬程脉动幅值与运行工况有关,额定工况时扬程脉动的幅值最小,偏离最优工况时,扬程脉动幅值逐渐增大。导叶内部流道产生不稳定的流量脉动效应,大于0.8Qd工况时,导叶内流量脉动瞬态效应不明显;小于0.8Qd工况时,导叶内流量脉动趋于不稳定。考虑到机组的水力稳定性,运行工况应大于0.8Qd。动静干涉使导叶内静压分布呈现周期性脉动,导叶压力面平均脉动幅值最大,吸力面平均脉动幅值最小,压力脉动的周期与叶轮叶片数有关;导叶内静压分布与叶轮尾缘和导叶前缘相对位置有关,叶轮尾缘对导叶入口流动的阻塞效应,是诱发导叶内静压脉动的主要原因。     

S形轴伸贯流泵装置时变湍流场的脉动特性分析

为研究S形轴伸贯流泵装置时变湍流场内部压力脉动规律,应用CFD技术对S形轴伸贯流泵装置流道内部流动开展了三维非定常数值模拟,并将泵装置性能预测结果与模型试验结果进行了对比。获取了3种特征工况(小流量工况KQ=0.368,高效工况KQ=0.460,大流量工况KQ=0.552)时泵装置流道内部关键位置处21个监测点的压力脉动信息,并对其进行了时域和频谱分析。结果表明:进水流道出口处水流的脉动以叶片通过的频率为主,压力脉动幅值从流道壁面侧向轮毂侧逐渐减小。流量系数KQ从0.368增至0.552时,进水流道出口各监测点的脉动幅值随之减小。出水流道弯管段进口的平均压力系数幅值与流道中部的平均压力系数幅值相差不大,最大差值仅为0.0005,水流诱发的出水流道内部压力脉动较小。受导叶体出口环量的影响,相同流量系数时出水流道内各监测点的脉动主频差异较大,不同流量系数时相同测点的脉动主频也略有差异。     

基于弱可压缩的水泵水轮机S区压力脉动分析

高水头水泵水轮机S特性会导致其在水轮机工况并网困难,严重时会引起机组的振动,对电站的安全稳定运行产生不利影响。为了研究水泵水轮机S特性工作区域的压力脉动情况,本文以国内某抽水蓄能电站水泵水轮机为研究对象,对水泵水轮机内部流动进行了全流道定常和非定常数值模拟,并分析了其稳定工况、小转矩工况、小流量工况以及反水泵工况无叶区和尾水管内的压力脉动特性。结果表明:S特性区静压波动比较大;在活动导叶与转轮之间的无叶区,考虑可压缩性的主频均为叶片通过频率,而不考虑可压缩性时,小转矩工况的主频为2倍频;考虑可压缩性的幅值稍大,但无论是否考虑可压缩性,特征幅值都是随着单位流量的减小先增大后减小,同时该区域14fn和21fn等高频压力脉动的幅值较小;尾水管内压力脉动的主频为fn、3fn和4fn,稳定工况的幅值最小,弯肘段和出口段其他工况的幅值为稳定工况的十几倍,与回流涡结构有关。     

灯泡贯流式水轮机全流道压力脉动数值模拟

采用大涡模拟方法对灯泡贯流式水轮机全流道非定常湍流进行数值模拟,分析了额定工况和小流量工况下的压力脉动特征。计算结果表明:额定工况下,导叶前后、转轮出口的压力脉动主频为叶片频率,振幅最大值出现在转轮出口,尾水管内的压力脉动主频为转轮的转动频率,幅值相对较小;小流量工况下转轮出口产生偏心涡带,涡带旋转导致尾水管内产生低频压力脉动,低频压力脉动由尾水管向上游传递,幅值逐渐减小;额定工况下叶片上监测点的压力脉动频率为转轮转动频率的整数倍,幅值较小;小流量工况下,叶片上监测的点压力脉动幅值显著增大,脉动主频与次主频之和约为转轮的转动频率。     

大型立式蜗壳混流泵装置非定常湍流特性分析

采用RNG k-ε湍流模型封闭三维N-S方程,并在转动部件与静止部件间采用瞬态冻结转子技术(TRS)建立交界面,基于ANSYS CFX对大型立式蜗壳混流泵装置内湍流场进行非定常数值计算。通过非定常数值计算,获得了蜗壳压水室内部的非定常流动及漩涡情况,通过设置若干监测点分析了各过流部件内压力场的脉动幅值和频率,获得了作用于叶轮的径向力特性,并将定常计算、非定常计算预测的泵装置性能数据与试验结果进行了对比分析。结果表明:设计工况时泵装置内的脉动幅值及叶轮所受径向力相比大流量与小流量工况时均较小,各工况时进水流道出口断面的脉动主频为叶频,进水流道"ω"后壁对称测点的脉动情况基本相同,非定常计算预测的泵装置性能相比定常计算预测结果更接近于模型试验结果,但两者差异性较小。     

高水头混流式水轮机的动静干涉与振动问题研究北大核心CSCD

针对小天都1号混流式水轮机运行中高频振动的问题,本文采用真机试验和数值计算的方法,研究了水轮机无叶区的动静干涉及蜗壳水力激振频率。在真机试验中,主要分析了机组的振动、水压力脉动的幅值和频率特性,同时利用数值计算进行全流道非定常计算,模拟了活动导叶与转轮之间的动静干涉,详细分析了蜗壳与无叶区的压力脉动特性,两者共同证实机组的异常振动是由于动静干涉引起的。其次,针对现场试验中机组出现的振动问题,从产生共振的条件出发,提出了最佳叶栅组合、降低了无叶区的压力脉动,为水电站减振降噪提供了可实施方案。     

高水头混流式水轮机的动静干涉与振动问题研究

针对小天都1号混流式水轮机运行中高频振动的问题,本文采用真机试验和数值计算的方法,研究了水轮机无叶区的动静干涉及蜗壳水力激振频率。在真机试验中,主要分析了机组的振动、水压力脉动的幅值和频率特性,同时利用数值计算进行全流道非定常计算,模拟了活动导叶与转轮之间的动静干涉,详细分析了蜗壳与无叶区的压力脉动特性,两者共同证实机组的异常振动是由于动静干涉引起的。其次,针对现场试验中机组出现的振动问题,从产生共振的条件出发,提出了最佳叶栅组合、降低了无叶区的压力脉动,为水电站减振降噪提供了可实施方案。     

小流量工况下混流式核主泵叶轮压力脉动分析

为探究小流量工况下混流式核主泵叶轮的压力脉动特性,基于计算流体力学方法,对核主泵迚行全流道定常与非定常数值模拟。寻找叶轮压力脉动的觃律,分析压力脉动的时域与频域特性,探究产生压力脉动的原因。结果表明,叶轮内压力脉动主要表现为叶频及其谐频诱发的振动,叶轮与导叶之间的动静干涉作用是叶轮内产生压力脉动的主要原因。叶轮叶片静压值以近似正弦的觃律变化,且主要集中于中低频压力脉动。随着流量的减少,叶轮叶片迚口处中低频压力脉动的幅值增大。若流量过小,整个叶轮的振动都将明显加剧。     

混流式水轮机涡带工况下两级动静干涉及其压力脉动传播特性分析

本文以某混流式模型水轮机为研究对象,选取一种小流量工况点开展了全三维非定常湍流的数值模拟。研究中,采用全流道建模和滑移网格技术模拟转轮与活动导叶、转轮与尾水管之间的动静干涉作用;详细分析了过流部件内典型位置处的压力脉动特性,并与模型试验的结果进行了比较;探讨了部分负荷工况下,流场中涡带演化过程及两种频率分量的压力脉动沿转轮传播与衰减的规律。     

液力变矩器内三维非定常动静干涉流动计算

为研究液力变矩器内泵轮、导轮和涡轮间动静干涉引起的三维非定常流动特性,利用滑移网格技术和RNG k-ε湍流模型计算液力变矩器内湍流流动,得到泵轮全流道内流体压力的主要特征。仿真结果表明:泵轮全流道内流体压力脉动明显;在涡轮转速不变的情况下,压力脉动峰值与半径成正比;在相同半径处,压力脉动峰值与涡轮转速成反比。此外,由压力脉动值的频谱分析结果可知:随涡轮转速或监测点半径变化,泵轮全流道内各监测点压力脉动的频率成分基本一致,但各影响频率成分所占的比例不同。     

贯流泵内部压力脉动特性的数值计算

压力脉动是影响贯流泵稳定运行的关键因素之一,本文采用大涡模拟对其内部流场进行分析总结,研究表明：压力脉动主要受叶轮旋转及动静相互干扰的影响;叶轮外缘与壁面间隙的存在,使小部分流体会从高压压力面流向低压吸入面出现回流,而加剧了压力脉动的影响,其幅值为进口压力脉动幅值的38倍;在大流量和小流量下压力脉动幅值均大于设计工况下的压力脉动幅值,导叶的整流特性减弱了叶轮压力脉动的影响;非设计工况下,在叶片进口边处,压力脉动幅频谱幅值最大,水力激振与叶轮旋转的影响相互叠加,在小流量下幅频谱幅值最大约为设计工况的1.5倍,在大流量下约为1.1倍。     

基于全流道非定常流动计算的轴流式水轮机尾水管压力脉动分析

以轴流式水轮机全流道三维非定常湍流数值模拟为基础,对轴流式水轮机尾水管内的非定常流场进行了分析,研究了尾水管内涡带的形态,对尾水管压力脉动的幅值和频率特点进行了分析.结果表明,大流量工况时,在尾水管内形成了一个与转轮旋转方向相反低压涡带,引发了低频压力脉动,这种低频压力脉动是水轮机中压力脉动的主要脉动源之一.     

轴流泵装置泵模式及反向发电模式压力脉动分析

为研究某立式轴流泵装置泵模式和反向发电模式的稳定特性，对该装置的泵模式和反向发电模式进行了全流道多工况数值模拟计算。通过数值模拟研究不同模式下的压力脉动分布规律，最终结果表明：泵模式下，最大压力脉动幅值出现在转轮进口前，约为转轮出口处的2倍。反向发电模式下，在轴向上转轮出口的压力脉动幅值最大，约为转轮进口处的2倍。两种模式下，转轮进口、转轮出口和导叶出口的压力脉动整体呈周期性，且主要受到转轮转动的影响。在频域方面，压力脉动主频为叶频，次频为主频的整数倍；与泵模式相比，反向发电模式下的压力脉动幅值整体更高，设计工况下反向发电工况压力脉动幅值高出约25%。研究结果可为泵站机组在泵模式和反向发电模式下保障其运行稳定以及改善压力脉动特性提供理论参考。     

水轮机动静干涉的非定常流动数值模拟

在水轮机领域,流动分析技术已经成为设计开发的常规工具.随着水轮机单机容量和尺寸的加大,其运行稳定性日益受到重视,这使得水轮机内部非定常流动的数值计算成为必要.本文讨论了动静干涉、移动网格的不同数值计算方法,并应用"滑移网格技术"对混流式水轮机进行了非定常流动计算,分析了部分负荷工况下的流态和压力脉动.     

气相体积分数对导叶式离心泵内压力脉动的影响

为研究动静叶栅内气液两相流动所引起的压力脉动特性,采用延迟分离涡DDES(Delayed Detached-Eddy Simulation)与Mixture多相流模型相结合的数值模拟方法,对带有径向导叶的离心泵进行了全流场非定常数值计算,得到不同气相体积分数下,动静、静静交接面、导叶和蜗壳内的压力脉动情况,并对比气相体积分数Cv=0.05时非定常数值模拟与试验的性能曲线.结果 表明:各监测点在不同含气量下压力幅值随时间呈周期性变化,静压值随着气相体积分数的增大而减小,压力脉动主频都等于叶频.动静(叶轮与导叶)交接面至静静(导叶与蜗壳)交接面间周向区域内,出现了局部低压区.从转轴中心沿径向方向压力脉动幅值降低.随着含气量的增大,导叶内压力脉动频域范围增大,流动开始出现紊乱,蜗壳内隔舌处的压力脉动高于其他位置.     

超低扬程双向流道泵装置压力脉动特性研究

沿江泵站承担了灌溉、排涝、水环境治理等双向引排水任务，受长江潮位影响，双向水泵装置经常运行至零扬程附近，实际流量超过设计值30%以上，流道水力损失增大，流态紊乱，易引起水力振动，影响机组运行安全。采用CFD技术对沿江某低扬程双向流道泵装置进行水流流动及压力脉动特性研究，并结合模型试验进行验证。研究表明：超低扬程工况下，泵装置进出水流道盲端存在较大回流，出水流道内回流强度较大，导致水力损失增加；进水流道内测点主频为6倍转频，次主频为1/8倍转频；出水流道内测点主频无明显规律，但幅值相近，低频脉动占主导地位。研究成果可为沿江泵站超低扬程工况下水泵装置水力振动研究提供参考。     

襟翼高度对混流式水轮机转轮空化特性的影响

空化空蚀作为水轮机运行过程中的常见问题,对水轮机性能以及机组安全稳定运行产生影响。该研究以HLX80-LJ-145混流式水轮机为研究对象,在原始转轮的基础上增加襟翼,利用ANSYS CFX对流量0.6Q_d、0.8Q_d和设计流量Q_d工况点下清水与含沙水的转轮空化现象展开数值分析。结果表明:转轮叶片吸力面靠近转轮出口边出现大面积空化;增加襟翼后转轮进口来流得到分流,水流流态变好,流线顺畅,水流和泥沙流速均减小,空泡体积分数减小,清水介质中流量0.6Q_d工况点减小最为明显,相对减小约16.35%;泥沙对转轮内的破坏减弱,含沙水介质中流量0.6Q_d工况点最大空泡体积分数相对减小约11.34%,空化性能得到改善。     

混流式水轮机改造前后内部流动特性对比分析

为探究将某高水头电站原常规混流式水轮机转轮改造为长短叶片式转轮后的能量性能、空化性能以及水力稳定性的改变,采用流场数值模拟的计算方法对改造前后水轮机运行在典型工况(小开度工况、额定工况、大开度工况)下进行全流道三维定常空化湍流计算以及全流道三维非定常湍流计算分析。计算结果表明,改造后的水轮机效率在小开度工况处提高了6.7%,额定工况处提高了6.2%,大开度工况处效率提高了6.8%;改造后水轮机空化性能在大流量工况处得到了大幅度提高;改造后水轮机压力脉动幅值在小开度工况处降低了20.9%,额定工况处降低了21.5%,大开度工况处效率降低了13.8%(监测点1处)。研究结果对类似混流式水轮机的改造有一定的指导作用。