基于CFD混流式水轮机上冠转轮泵结构优化研究

为研究中高水头混流式水轮机上冠转轮泵工作特性及优化可行性,以红山嘴一级电站3号水轮机为例,建立现转轮泵及11种结构优化模型,利用CFD商业软件,基于SST湍流模型对不同结构转轮泵在9种流量工况下展开数值模拟。将上冠流道泄漏水流动特性、主轴密封真空度及转轮泵效率作为研究指标,结果表明：上冠流道泄漏水流动特性依赖于转轮泵的结构类型;减小转轮泵“泵盖高度比”或斜置动泵叶对提高主轴密封真空度均有显著效果(最佳结构可提高66.9%),同时须兼顾其工作效率;额定工况下,转轮泵工作效率较低,建议转轮上冠开设合适的泄水孔补给流量提高其效率;该电站可将泵叶斜置45°、泵盖高度比H_p=0.0543的转轮泵作为最佳改进方案。     

基于CFD混流式水轮机减压板结构形式研究

为研究减压板结构对混流式水轮机转轮上冠流道的影响,以红山嘴一级水电站#4水轮机为例,基于CFD商用软件,数值模拟额定工况下水轮机泵板装置,以排水管压力为指标验证模型的准确性,并优化减压板半径及高度,分别从泄漏水流态、主轴密封真空度、顶盖排水管压力三方面进行对比分析。结果表明,改变减压板高度较改变半径对流道内部影响更大;随着减压板高度减小或半径增大,主轴密封真空度增大且顶盖排水管压力减小;不同减压板结构上冠流道流态不尽相同。该水轮机在减压板半径不变的基础上向上移动15mm为最佳方案,实际工程可通过减小减压板高度来提高主轴密封性能。     

混流式水轮机泵板装置特性分析及其改进

为研究混流式水轮机主轴密封泵板装置工作特性及优化可行性,基于CFD商用软件,以新疆红山嘴一级电站4号机为例对其结构进行改进。在模型准确基础上,分别就径向泵叶角度、泵盖高度做改进,并将泵叶和泵盖联合改进结构进行数值模拟。共计25种计算模型,225种工况,以泵盖排水量、梳齿环出口压力、顶盖排水压力作为指标,探究提高泵板装置工作效率及主观减少间隙泄漏量的可行性。研究表明:泵盖位置较泵叶角度改变对优化效果更佳;较大高度比的泵盖对减少间隙泄漏量、提高泵板装置工作效率更有利;径向泵叶且高度比为0.1902为最佳改进结构,可使泵板装置工作效率提高11.7%、泄漏量减少17.8%、顶盖排水量增加14.5%。     

基于CFD的混流式水轮机改造流道内部流动特性研究

针对老旧水轮机无适合新型转轮的情况下,通过适当的改型设计,根据标准k-ε双方程和雷诺时均（N-S）方程,给定转轮边界条件,建立混流式水轮机流道内部流动的数学模型。通过CFD对水轮机进行数值模拟,获取优化后的转轮内部、活动导叶和固定导叶速度分布及叶片压力分布,通过流场分析,提高改造的可靠性。结合具体电站的应用案例,改造后结果表明：尾水管中回流细微、涡带较弱,水流在引水蜗壳和导水机构中的水力损失不大,平均效率提高5%,平均出力提高4%,水轮机的抗空化空蚀性能及可靠性均得到提高,对混流式水轮机的改造有一定的参考作用。     

一种新型的水轮机主轴密封——无接触密封

鉴于目前水轮机的各种主轴密封存在诸多问题,本文介绍了一种适用于混流式水轮机和水泵水轮机的新型密封形式——无接触密封,介绍了其工作原理、结构特点和使用注意事项。实践证明,该密封可以较好地解决多泥沙电站对密封磨损的问题。     

混流式水轮机全流道内部流场CFD数值模拟研究

摘要： 根据标准k-ε双方程和雷诺时均（N-S）方程,给定转轮边界条件,建立水轮机内部流动的数学模型。通过Fluent,以HL002-LJ-410混流型水轮机为例,对水轮机全流道内部流场进行了三维数值模拟研究。获取了水轮机在最优工况、小开度工况和大开度工况3种典型工况下过流部件的湍流流动性能参数和流场分布。计算结果表明,对比其他两工况下最优工况时蜗壳静压、流速和尾水管流动较理想。同时表明,水轮机过流部件有一定的改造优化空间。     

冷却塔中代替风扇电动机的混流式水轮机导叶的优化研究

利用CFD数值模拟计算,为冷却塔中代替风扇电动机的混流式水轮机选择合适的导叶叶型。经过相同导叶开度和相同流量两种情况下不同导叶形式的模拟计算和对比分析,得出了负曲度导叶叶型性能最优,效率比其他两种导叶叶型的水轮机高0．22％～2．75％,确定其为该水轮机的导叶叶型,从而达到了在冷却塔中使用混流式水轮机代替风扇电动机的目的。     

减压管状态对混流式水轮机流场的影响

混流式水轮机转轮上冠和顶盖间的压力腔中所产生的压力脉动会影响机组运行的稳定性.以某电站机组为例,采用商业CFD软件对原型水轮机进行了三维全流道湍流数值模拟计算,分析了压力腔及密封间隙中压力脉动形成的原因,讨论了减压管的开、关状态对压力腔、转轮密封间隙和尾水管中流场的影响.结果表明:减压管在水电机组中的作用有利有弊,在水电机组的设计过程中需要综合考虑.     

基于CFD和FEM的混流式水轮机数值模拟研究

摘要： 根据标准k-ε双方程和雷诺时均（N-S）方程,给定转轮边界条件,建立混流式水轮机内部流动的数学模型。利用CFD技术分析水轮机内部、活动导叶和固定导叶速度分布,叶片压力分布等流动参数;采用FEM刚强度分析转轮叶片应力和变形量,复核叶片的结构设计和材料。基于CFD和FEM数值模拟技术,对水轮机选型、优化设计均具有一定的指导意义。     

基于CFD的长短叶片水轮机转轮研究

以混流式水轮机HLA351为原型,基于商业CFD软件FLUENT,采用Realizable k-ε双方程湍流模型和三维时均N-S方程,对长短叶片结合、长叶片、短叶片三种混流式水轮机在额定流量工况下三维湍流数值进行了模拟研究,获得了各水轮机全流道的流速和压力分布.计算结果表明,在相同情况下,长短叶片结合的水轮机较常规转轮的流速和压力分布更合理、性能更优,为水力机械的设计或改型优化设计等研究提供借鉴.     

基于模态参数的在役风力发电机叶片损伤识别研究

通过对小型风力发电机叶片进行停转与运转状态下多种损伤工况的数值模拟,进行模态分析,以此研究叶片损伤识别与定位的方法,并提出加权柔度曲率指标,建立加权柔度曲率值与刚度损伤值的拟合函数.研究得到:首先通过自振频率的变化可判断叶片是否发生损伤;其次无论叶片是否发生损伤,随着叶片转速的增大,其固有频率都会增大.加权柔度曲率值在...     

基于FAST和Simulink的海上风力机叶片扭角和弦长优化设计研究

基于粒子群算法编写风力机叶片优化程序,利用Matlab/Simulink接口嵌入到FAST主程序之中实现叶片优化程序与FAST之间的交互,以实现风力机最大发电功率为优化目标,完成风力机叶片气动外形的自动寻优。该方法可考虑实际海况及风力机搭载平台对叶片优化结果的影响,可同时考虑风向分布对优化结果的影响。NREL 5 MW风力机低风速下的优化结果表明,经过优化后的风力机功率提高1.5%。当考虑实际风力机布置海域风向分布情况时,加权优化结果表明风力机最大功率可提高3.8%。     

基于分形特征的海上风力机防护装置设计研究

根据分形理论设计一种分形防护装置,基于非线性动力学理论,采用ANSYS/LS-DYNA模拟5000 t船舶与设有不同阶数防护装置的4 MW海上风力机碰撞过程,分析研究不同阶数防护装置的防护效果。结果表明：较橡胶材料实心防护装置,分形防护装置可有效降低接触力,延长接触时间;分形结构可提高防护装置内能转化能力,促进外层钢壳吸能,并提升橡胶内能耗散;分形防护装置应力峰值更低,高应力区域更广,可使更大面积材料发挥防护作用,有效降低撞深。不同阶数分形结构的抗撞性能与分形孔受撞后变形状况有关,其中一阶分形结构提升防护装置抗撞性能最优。     

偏航速度对风力机功率及叶片应力的影响研究

通过实验测试,以动态旋转平台模拟风力机风向变化及偏航对风,研究不同偏航速度及偏航延时时间对风力机叶片应力及功率的影响。结果表明：动态偏航对风过程中,应力值基本呈由前缘向后缘、叶根向叶尖递减的趋势,在叶展方向0.67R及0.75R处,叶根弦向方向0.25c及0.50c处出现应力集中现象,偏航延时时间的加入可有效抑制叶片应力波动,过慢的偏航速度会导致功率曲线出现较大波动。引入一无量纲系数,该系数为风力机功率及叶片应力的比值,通过分析得知在仅考虑风力机叶片应力及功率时,风力机最佳偏航速度为0.5°/s。     

基于塔筒添加螺旋线的风力机降噪性能优化研究

为降低风力机对周围居民的噪声污染,提出一种用于分布式风力机的塔架表面缠绕螺旋线的降噪方案。以S2030翼型风力机为计算模型,以螺旋线高度、螺距、螺头数、覆盖范围及旋向为因素,近尾迹辐射噪声总声压级为评价指标进行正交试验,在额定工况下利用ANSYS Fluent数值模拟平台LES/FWH方法进行数值计算。结果表明：螺旋线高度h为5.5 mm、螺距P/d为0.5、螺头数N为4、覆盖面积为全部、旋向为逆时针时为最优组合。各因素对总声压级影响的程度由大到小为螺距>高度>覆盖范围>螺头数>旋向。塔架缠绕螺旋线能有效降低200~2000 Hz中高频噪声声压级。降噪效果随轴向距离的增大而增大,最高可降低总声压级13.19 dB（A）。     

引入权值修正预测控制的风电叶片自适应组合抑振策略研究

针对大型风电叶片颤振开展主动控制研究,采用柔性尾缘襟翼方式,以NACA0012翼型为研究对象,建立二自由度叶片的颤振控制增广模型。引入拉盖尔函数对模型预测控制（MPC）算法中权值更新策略进行指数修正,在此基础上利用分层结构思想对叶片减振系统划分不同控制层次,设计以振动量最小化为控制目标的自适应组合控制策略。利用仿真平台对标准工况和干扰工况下所提控制策略的控制结果进行分析,结果表明：所提方法可有效抑制气弹耦合作用下的叶片振动,降低抑振能耗,与常规自适应控制方法相比,具备更优的抗干扰性能,可进一步提升复杂运行环境下风电叶片振动控制系统的适应能力。     

重叠比对三叶片Savonius风力机启动性能影响研究

为获得相对平稳且非负的启动力矩,针对三叶片Savonius风力机开展研究。首先对比研究两叶片和三叶片Savonius风力机的启动性能和输出功率特性。在此基础上,针对其主要的结构参数重叠比开展研究。针对三叶片的结构特点,提出重叠比和净重叠比的定义方式,设置9组不同净重叠比,范围在0～0.36（重叠比范围0.14～0.50）之间。利用数值模拟和风洞试验相结合的方法,研究在不同风速下重叠比对Savonius风力机启动力矩以及输出功率性能的影响。结果表明：净重叠比可消除反向启动力矩,并提升三叶片Savonius风力机的启动性能,平均启动力矩系数最高提升147.06%。净重叠比在0.06～0.11范围内时,对风力机的输出功率有提高作用。     

对太阳能热泵PV蒸发器的理论研究及基于分布参数法的数值模拟

从制冷系统热动力学的理论出发,对太阳能热泵PV蒸发器建立了相应的二维模型,并对太阳辐射强度、环境温度以及结构参数等对运行状况的影响进行了数值模拟研究。结果表明,该模型能有效的预测蒸发器内的运行工况,也可作为部件及系统优化设计的依据。