混流式水轮机飞逸暂态过程的三维非定常湍流计算Ⅰ

根据加速旋转相对坐标系中雷诺平均的连续性方程和Navier-stokes方程,以及转动系统的动量矩方程,推导了水轮机转轮区域的流动控制方程。在此基础上,对基于HL220进行改型的混流式水轮机进行飞逸暂态过程的三维非定常湍流数值模拟,在最优开度工况下采用RNGk-ε湍流模型对方程组进行了封闭,得到了暂态过程中水轮机体积流量、转轮水力矩、转轮角速度、及水轮机效率随时间的变化曲线。为了更加全面地分析水轮机内部的流动情况,采用RNGk-ε湍流模型进行9种开度工况下的飞逸暂态过程数值模拟,得到各开度下的飞逸过程曲线、水轮机内部流动的变化情况,以及飞逸流量及飞逸转速,并和试验结果进行了比较。结果显示两者吻合良好,表明通过计算可以较为准确地预测出水轮机飞逸过程中各参数随时间的变化情况。     

混流式水轮机飞逸过渡过程的试验与数值模拟

根据加速旋转相对坐标系中雷诺平均的连续性方程和Navier-Stokes方程,以及转动系统的力矩方程,推导了水轮机转轮区域的流动控制方程。在此基础上采用RNG k-ε湍流模型对控制方程组进行封闭,对基于HL220改型的混流式水轮机进行飞逸过渡过程的三维非定常湍流计算,得到了水轮机达到飞逸状态时的单位流量和单位转速,并和试验结果进行了比较,结果显示两者吻合良好。通过对计算数据的进一步分析,得到了单位转速、水力矩随单位流量的变化曲线,以及飞逸曲线。为了进一步了解水轮机内部的流动,重点分析研究了尾水管内的压力脉动,对其引起的涡带发展过程有了一个较为清楚地认识。     

混流式水轮机压力脉动预测

通过混流式模型水轮机全流道的三维非定常紊流计算，预测了引水部件和尾水管的压力脉动。计算以N－S方程为基础，基于贴体坐标和交错网格划分，对控制方程进行变换和离散，采用SIMPLEC算法求解，应用了RNG的k-ε湍流模型。     

混流式原型水轮机的三维湍流计算

本文通过混流式原型水轮机全流道的三维定常和非定常湍流计算，预估了水轮机的能量性能、空化特性和压力脉动特性。计算以N—S方程为基础，基于贴体坐标和交错网格划分，对控制方程进行变换和离散。采用SIMPLEC算法实现速度、压力变量的分离求解。非定常湍流计算应用了RNG的k—ε模型。     

混流式水轮机三维非定常湍流计算

本文完成了混流式模型水轮机全流道的三维非定常湍流计算。以N S方程为基础 ,补充以湍流模型并通过有限体积对控制方程进行离散 ;数值求解采用SIMPLEC算法 ;分别对标准k ε湍流模型和重整化群 (RNG)k ε湍流模型进行了比较计算     

大型混流式水轮机尾水管振动数值模拟及应用

大型混流式水轮机的水压力脉动值不能直接从模型试验值进行换算,给解决真机振动问题增加了不少困难.为此利用CFD数值模拟技术研究了真机尾水管压力脉动的频率和幅值,文中采用3-DCFD对一个大型混流式水轮机的尾水管流态进行了计算,并分析了计算结果;模拟结果与真机实测值相接近,证明了此研究方法的可行性.利用该方法可以在设计阶段预测真机振动性能.     

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。     

混流式水轮机三维空化湍流场混合数值模拟

基于欧拉–欧拉方法中均匀多相流假设的混合两相流体无滑移模型,加入考虑气穴影响的Schnerr and Sauer空化模型,采用标准k-ε湍流模型和压力速度耦合的SIMPLEC算法,转动区域应用多重参考系模型,对某混流式水轮机全流道进行了三维定常空化湍流数值模拟。利用ANSYSFLUENT,获得了该水轮机在偏工况下转轮叶道和尾水管内空泡相的主要流动特征,分析了水轮机流道内空化发生的部位与程度。计算结果表明与单相流体模型相比该方法能有效地预测水轮机内的三维空化湍流场,可以较好地模拟水轮机内真实的有空化发生的多相流动情况。     

湍流模型对水轮机压力脉动数值预测的比较

分别采用大涡模拟模型、标准k-ε模型和Realizablek-ε模型,对模型水轮机全流道内的三维非定常湍流进行了数值模拟,对导水机构及尾水管内的湍流压力脉动进行分析,并与试验结果比较。分析结果表明:大涡模拟方法对湍流脉动的大尺度分量进行直接模拟,对强旋流有很好的适应性,能够较准确预测水轮机的压力脉动;Realizablek-ε模型考虑了流体微团转动的影响,可定性分析水轮机全流道的压力脉动特征;标准k-ε模型忽略了流体微团转动的影响,对水轮机压力脉动的模拟结果误差较大。     

混流式水轮机三维非定常流分离涡模型的精细模拟

数值模拟已成为当前研究混流式水轮机内部流场及其复杂流动机制的重要工具。基于不可压缩流体瞬态N-S方程对混流式水轮机内部三维非定常流进行精细模拟分析,以标准κ-ε模型对水轮机进行全流道定常计算的结果作为初始流场,应用较新的分离涡模型（detached eddy simulation,DES）和滑移网格技术进行了水轮机动静干扰的非定常湍流数值模拟,得到了偏工况下活动导叶出口及转轮叶道内涡量场及速度场分布特性。模拟了大尺度涡旋结构的卷起、发展等瞬态演化过程,结果表明DES方法可以更加全面真实地模拟水轮机内部的流动情况,捕捉到水力机械中复杂流道内的三维动态涡结构。该研究对于探讨影响水力发电机组出力摆动的水轮机涡激振动的内在机制、确保机组的安全稳定运行具有一定的参考意义。     

水轮机转轮泄水锥形状对机组内部流动影响分析

本文对三峡原型混流式水轮机进行了改型设计,采用延长泄水锥的方法作为降低尾水管振动的措施。通过对改型的整体机组进行三维湍流非定常计算,得到了水轮机的非定常流场,预测了转轮出口尾水管内部的压力脉动。通过与改型前整机的三维非定常湍流计算结果进行比较可以看出,改型后的机组尾水管振动幅值降低,涡带强度有所下降,达到了水轮机减振的目的。     

基于流固耦合的混流式水轮机转轮应力特性分析

本研究采用顺序流固耦合方法,计算了某设计中的混流式水轮机转轮在不同水头下发额定出力时的静应力分布,以及设计最高水头额定出力工况下的动应力特性。静应力计算的结果表明：最大应力出现在叶片出水边与上冠连接处,并且随着水头增高,静应力最大值有减小趋势。动应力的计算结果表明：设计的转轮,动应力的幅值满足稳定运行的要求。     

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.     

基于CFD的长短叶片水轮机压力脉动研究

以长短叶片混流式水轮机三维定常湍流计算结果作为非定常湍流计算初始条件,结合混流式水轮机湍流流动进行全流道三维非定常模拟研究。通过在蜗壳进口、固定导叶及活动导叶前、转轮前和尾水管截面测点压力脉动及频谱分析,得出长短叶片混流式水轮机内压力脉动产生和传播的部分规律。     

泄水锥形式对混流式水轮机压力脉动的影响分析

本文采用Transition SST湍流模型对模型混流式水轮机三维全流道非定常湍流进行模拟。在实验验证的基础上,针对五个导叶开度工况,分析了原型泄水锥、加长型泄水锥、加长加槽型泄水锥和圆头型泄水锥对水轮机压力脉动的影响,分析结果表明：三种改型泄水锥均能改变尾水涡带的形态,使得特殊压力脉动带变窄;泄水锥改型对水力效率、尾水管压力脉动的影响与导叶开度有关,圆头型泄水锥对减小压力脉动振幅的综合效果最好;泄水锥改型只对由尾水涡带引起的低频压力脉动有效,对动静干扰引起的叶片频率压力脉动影响不明显。     

混流式水轮机转轮区叶道涡压力脉动数值研究

混流式水轮机在偏离最优工况区运行时,不但在尾水管中有明显的旋转涡带,在转轮区也会有涡束沿着叶片流出,我们称之为叶道涡.随着大型混流式水轮机的广泛应用,叶道涡有可能对机组的稳定运行产生影响.本文利用数值模拟技术对某混流式模型水轮机转轮内压力脉动进行研究.研究表明:转轮区的压力脉动主要是由叶道涡诱发的,叶道涡的频率基本等于转动频率.