叶片结构对双通道海流能发电装置的影响

针对研发出的可将海水的双向流动转化为叶轮的单向旋转的双通道海流能发电设备,利用Fluent 6.3软件MRF模型进行了二维数值计算,分析了叶轮转速为0.3 rad/s时,转动角度在5°~90°时,通道内流体的速度和压力分布,研究了弧形叶片和平叶片在不同的转动角度下对通过发电设备的海水流量和设备的输出功率等性能参数的影响。     

叶片包角对高比转速离心泵水力性能的影响研究

高比转速离心泵流道宽大,包角的大小将直接影响其水力性能。基于N-S方程和RNG k-ε湍流模型,对5种不同的叶片包角模型在多种工况下分别进行了数值模拟计算分析,以对不同包角下的外特性变化趋势、叶轮内部的三维流线以及湍动能变化规律进行研究。研究结果表明:(1)随着叶片包角的增大,离心泵的最高效率点表现为先增加后减小,扬程随着流量的增大而下降,当包角增大到一定限值时,下降的幅度最为明显;(2)离心泵叶轮流线在相同的流量下,随着叶片包角的增大,流线愈发平顺光滑且越趋于叶片线型时,叶轮的总压随包角的增大而逐渐减小;(3)在设计工况下,低速区主要集中在叶轮进口的叶片工作面处,随着叶片包角的增大,湍动能逐渐减小;(4)当叶片包角在110°附近时,该泵的水力性能即达到最优。研究结果可为今后对高比转速离心泵的研究提供一定的参考。     

中比转速离心泵小流量工况下压力脉动特性

采用Navier-Stokes方程和RNG k-ε湍流模型,对不同流量工况下离心泵内部非定常流动进行了数值计算,计算得到的离心泵外特性与试验结果吻合较好。数值模拟结果表明,不同流量工况下叶轮内压力脉动具有明显的周期性变化,压力脉动强度随着流量的减小而增强,叶片压力面脉动强度更加剧烈,叶轮旋转频率始终占主导作用。由叶轮进口至出口,叶片压力面和吸力面压力脉动最大幅值均渐渐增大。相同监测点的压力脉动最大幅值在30%设计流量工况时最大,约为设计流量工况下3~4倍。随时间叶轮流道内存有旋涡的产生、发展、脱落的周期性变化过程,这是造成离心泵运行效率低、压力脉动副值增大、脉动波形紊乱的主因。     

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%。     

弯管角度对充水阀过流能力影响的数值计算研究

弯管角度对充水阀过流能力有重要影响。本文借助ANSYS CFX平台对弯管角度分别为90°和105°的进水口快速闸门DN500充水阀开展了数值计算研究。采用基于k-ε湍流模型的雷诺时均方法,比较分析了7种不同闸门开度条件下两种角度弯管的流量、阻力系数和水力损失等过流性能。结果表明:阀门开度增大能够提高阀门过流能力,降低阻力系数;在大开度下,105°弯管相比90°弯管能有效提高阀门的过流能力,平均过流量增加14. 1%,最大过流量增加16. 39%;当出口未出现回流现象时,105°弯管出口流场分布更加均匀、流畅。     

叶片包角对中比转速离心泵水力振动的影响研究

为了研究叶片包角对中比转速离心泵水力振动的影响,以一台比转速为103的中比转速离心泵为研究对象,探讨叶片包角分别为116°、122°、128°的3种离心泵在不同的流量工况下的外特性特征,设计流量下叶轮流道、蜗壳流道内监测点的压力脉动特性。研究结果表明:存在一个最佳的叶片包角122°使中比转速离心泵的扬程和效率最高,且最佳效率点向大流量点偏移;叶轮流道内各监测点的压力脉动随叶片包角的增大而逐渐降低,而各压力脉动幅值随叶片包角的增大而逐渐增大;蜗壳螺旋段内的压力脉动值沿流体流动方向逐渐减弱;随着叶片包角的增加,蜗壳流道内监测点的压力值逐渐增大,隔舌监测点和出口处监测点的压力脉动幅值也同步增大,而蜗壳螺旋段内监测点的压力脉动幅值逐渐减小。综合考虑适当地增大叶片包角可以减小离心泵的水力振动。     

不同边壁条件下矩形明渠水力特性实验研究

为了研究明渠水流水力特性变化规律,在室内实验的基础上,采用矩形明渠变坡水槽,通过改变边壁条件、坡度和流量进行实验,得到了较好的实验数据。实验结果表明:边壁条件和坡度相同的情况下,随着流量的增加,水深呈线性增加,平均流速和雷诺数呈现幂函数增大;当Fr1时,弗劳德数随着流量的增加而增加;当1Fr1.526时,弗劳德数随着流量的增加先增加而后减小;当Fr1.526时,弗劳德数随着流量的增加而减小;曼宁糙率系数随着流量的增加呈对数减小趋势。边壁条件和流量相同的情况下,随着坡度的增大,水深呈减小趋势,平均流速、雷诺数、弗劳德数和曼宁糙率系数均呈现增加的趋势。并由实验数据得出了雷诺数与坡度和流量关系的经验公式。     

双点源滴灌交汇区水盐运移规律试验研究

通过模拟大田滴灌的双点源试验,探求了沙壤土土质下,不同滴头流量、滴头间距对水平湿润锋和交汇锋以及电导率的影响。结果表明：随着入渗时间的增加,交汇锋和水平湿润锋运移距离都在增加;当其他条件一定时,流量越大或者间距越小,湿润锋和交汇锋运移的速率越大,土壤湿润体越均匀;相同间距情况下在0-20 cm深度内大流量的交汇区电导率小,在20-40 cm深度内小流量的电导率大;在相同流量情况下0-10 cm深度内滴头间距大的交汇区电导率大,在10-40 cm深度内滴头间距小的电导率大。     

离心叶轮的叶片数效应研究

叶轮叶片数是离心叶轮的一个重要结构参数,对叶轮外特性与内流场特征都有着直接的影响。利用计算流体动力学软件,生成了叶片数分别为5和6的2个叶轮,然后在相同工况下,计算了这2个叶轮的内外力学性能;通过对2个叶轮的流量-扬程、流量-效率曲线及叶轮内压力、相对速度进行比较,分析了不同叶片数对叶轮性能产生的影响及其成因。比较分析结果有助于设计人员深入了解不同叶片数叶轮的不同流动机理,并可为他们在设计实践中正确选用叶片数提供参考。     

不同转速时贯流泵装置出水流道水力性能分析

为了研究不同转速时贯流泵装置出水流道水力性能的变化规律,采用CFD(computational fluid dynamics)方法对贯流泵装置进行全流道三维数值计算,分析了不同转速时出水流道水力损失及平均速度环量的变化规律,以及不同转速时出水流道内流场及进出口断面速度分布的变化规律,该文对比了物理模型试验与数值预测结果的差异性。结果表明:随流量系数的增加,出水流道进口的平均速度环量先减小后增大。在相同流量系数时,随转速的降低出水流道进口的平均速度环量逐渐减小。不同转速时出水流道进口的平均速度环量数值均不相同,出水流道的水力损失未与流量的二次方成线性关系。相同流量系数时,随转速的增加,出水流道的水力损失逐渐增大。转速通过改变出水流道进口平均速度环量的大小影响出水流道的内部流态,不同转速时贯流泵装置出水流道的内流场已不满足运动相似。     

多工况下不同叶片包角的斜流泵水力特性研究

为研究多工况下不同叶片包角的斜流泵水力特性,在斜流泵叶片包角取值范围内和主要几何参数不变的条件下,对包角为60°、65°、70°、75°和80°的斜流泵模型进行8Q_d、1.0Q_d、1.2Q_d三种流量工况下的数值模拟计算。多维度内部流场分析结果表明:(1)随着流量的增加,叶轮内部流道流场回流漩涡现象减小,效率逐渐提高;(2)截面1中在设计流量Q_d条件下,随包角(60°~70°)的增大,最大压力值逐渐减小,叶片流道扩散和逆压梯度降低,水力特性整体较优;(3)在(70°~80°)范围内压力最大值依次减小,摩擦阻力也随之增加,叶片包角存在一个最优值;(4)截面2中70°、75°和80°三种叶片包角方案速度矢量值随着流量Q的增加逐渐增大,在60°和65°方案下无明显变化规律。研究成果为叶轮叶片包角的综合评估和选择提供参考。     

水平轴潮流能水轮机叶片变桨角度研究

利用Flow-3D软件建立了单桩型水平轴潮流能发电机的三维数值模型。采用该模型对不同叶片变桨角度时的水动力过程进行了模拟计算,并根据计算结果从叶轮转速、叶轮动能、叶轮受力、水位和流速变化的角度进行了分析和讨论。数值模拟结果表明：当叶片变桨角度增大时,来流方向的叶轮受力和叶轮动能也都随之增大;变桨角度对于与来流垂直的y和z方向的叶轮受力影响较小;叶片变桨角度越大、水轮机下游附近流速降低的越快,流速就越小,而在水轮机下游较远处,叶片变桨角度越大,尾流场恢复得越快,其流速也越大。     

湿定子潜水贯流泵装置全流场分析

江西萍乡鹅湖泵站采用了四台叶轮直径2 250mm的湿定子潜水贯流泵,为探究不同叶片安装角度对该泵的性能及内部流动的影响,选用了比转速ns=850的湿定子潜水贯流泵模型泵为研究对象,对不同叶片安装角度和不同流量下的泵装置进行内部全流场分析,并预测其性能.研究结果表明:叶片进口角度从0°变到+4°时,对于湿定子潜水贯流泵装置,稳定运行的工况下的扬程性能曲线上移,效率性能曲线右移,高效区变宽.蝶阀导致小漩涡的产生,影响管内流动;小流量工况下,水流在流经导叶的背面时出现了明显的脱流情况.     

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。     

重力流长输管道利用蝶阀开度调流调压的规律研究

对于没有调流减压设施的重力流输水工程,利用蝶阀开度增加局部水头损失可降低管道压力和调节管道流量。以引青济秦管道为例,对4种直径(DN1 000~1 600),流量在0.7~2 m3/s,阀门旋转角度在40°~70°的水头损失进行计算,对蝶阀调流调压的规律进行研究和总结。     

基于模态分析的水轮机故障诊断研究

针对某振动较剧烈的水轮机,通过数值计算模拟水轮机叶轮附近压力脉动情况,并以此为边界条件计算水轮机的振动固有模态,分析其自身结构与异常振动的关联性。研究表明,水轮机运行时,水体压力脉动频率主要集中在24.5和49 Hz附近,即其叶轮通过频率的一倍频和二倍频,尤其是在叶片角度大于0°时,而水轮机叶轮模态分析所得的前2阶固有频率也在49.0 Hz附近,压力脉动频率和水轮机叶轮固有频率具有一定的相似性,因此容易引发共振,这也是该电站水轮机在叶片角度较大时振动较激烈的主要原因。     

双向潜水贯流泵装置内流及水力性能分析

为明晰双向运行时潜水贯流泵装置的内流特征及水力性能,采用数值模拟技术对双向潜水贯流泵装置进行全流道计算,通过模型试验验证数值计算的有效性。结果表明：在叶轮的叶片安放角0°、双侧可调导叶的叶片调节角0°且灯泡体位于内河侧时,泵装置在排涝工况时最高效率为59.29%,引水工况时泵装置最高效率为58.41%;双向运行各流量工况时,叶轮进水侧的过流结构内部流线均平顺流态较好,叶轮出流侧的过流结构内部流态相对紊乱;在双向运行时,直管式流道的出口面轴向速度分布均匀度均大于92%,速度加权平均角均大于89°,直管式进水流道为叶轮提供良好的入流速度分布;在高效工况时,泵装置出水流道进口的偏流角均低于导叶体出口;叶轮所受的轴向力均随着流量的增大而减小。研究成果为双向潜水贯流泵装置的结构优化提供了一定的参考价值。     

河道坡度和流量比对汇流处冲刷特征的影响研究

在河道汇流处,由于较高的剪切应力和二次环流的作用,通常会形成深冲刷坑和沉积点坝。通过设置边坡角、侧向与下游流量比以及密度弗劳德数作为变量,研究河道几何形状和流量对汇流处冲刷的影响。结果表明:(1)边坡角的增加导致冲刷坑在主河道和支流河道的渗透力增大。流量比为0.333、0.500和0.667时,当θ从90°减少至60°和45°,无量纲渗透长度N/H_下分别平均增加14.8%和8.2%。(2)密度弗劳德数的增加导致更大的冲刷坑横向无量纲长度。当流量比为0.333、θ为60°情况下,弗劳德数为2.1时较1.5、1.7和1.9时,L/H_下分别增大约1.85倍、0.68倍和0.13倍。(3)流量比和密度弗劳德数的增加引起冲刷加剧,但对冲刷坑尺寸的影响随着边坡角的增加而减弱。     

旋转网筒过滤器转速变化规律及影响因素研究

为了探索网筒转动对延缓过滤器堵塞问题的影响以及转速的影响因素,分别在不同流量和含沙量条件下进行室内物理模型试验,分析了转速随过滤时间的变化规律及其影响因素。试验结果表明：浑水条件下转速随流量的增大幅度低于清水条件,含沙量对网筒转速有重要影响;网筒转速随流量的增大而增大,流量增大的初始时刻网筒转速加快,网筒转动持续时间延长;相反,网筒转速随含沙量的增大而减小,含沙量越大,初始时刻网筒转速越低,网筒转速下降越快,网筒停止转动时间提前。分析认为,进水流量和含沙量的共同作用导致了网筒转速的变化。通过对过滤池内泥沙质量对比分析可知,网筒转动有利于延缓堵塞、提高过滤效率。因此,在实际工程中可以考虑利用网筒转动来达到延缓堵塞的目的。     

基于平均流动动能输运的离心叶轮内能量损失及其机理分析

叶轮内能量损失是影响离心泵水力性能的关键因素,为探明离心式叶轮内的能量损失特性,本文采用可直接求解大尺度湍流结构的超大涡模拟方法对某低比转速离心叶轮三种流量(分别为1.0,0.6和0.25倍设计流量)下的内部流动进行数值模拟,基于平均流动动能输运研究叶轮内的流动特征、能量损失特性及其机理。通过积分平均流动动能输运方程的直接黏性耗散项和湍动能生成项,分别计算直接黏性损失和湍动能生成对应的平均流动动能损失,建立流场特征与能量损失的关联,获得流场中能量损失的空间分布特征。结果表明,叶轮内直接黏性损失集中在近壁区,且随流量降低而显著减小;湍动能生成是平均流动动能损失的主要形式,其与叶轮内流动的剪切效应直接相关,在叶片压力面,脱流和分离涡形成强剪切流动,湍动能生成项周向-周向分量(P_θθ)和径向-周向分量(P_rθ)将增加周向和径向速度脉动而使湍动能增加,径向-径向分量(P_rr)则减小速度脉动的径向分量,从而抑制平均流动动能转换为湍动能;对于叶片吸力面分离流动及叶轮出口回流所形成的强剪切流动,P_rθ和P