混流式水轮机内部空化流动数值模拟

为探究不同比例的长短叶片对混流式水轮机内部流场空化特性的影响,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,采用RNG k~ε湍流模型以及三维时均N-S方程,对各混流式水轮机进行全流道三维定常空化湍流计算,获得了3种不同比例长短叶片对应的混流式水轮机在各空化系数下空泡相的流动特征以及各水轮机对应的σ~η曲线图。计算结果表明,当长短叶片比例为0.47时,水轮机临界空化系数最小,为0.060 8,相比长短叶片比例为0.6时降低了8.82%;当3种水轮机处于同一空化系数下时,该型水轮机效率最高;随着水轮机转轮短叶片的增多,水轮机的空化性能及能量性能得到了明显的提升。研究结果对长短叶片混流式水轮机的设计、优化和改型等具有一定的指导意义。     

不同介质条件下航空液冷泵空化特性的数值模拟及实验研究

该文针对某型号航空液冷泵设计参数和要求,采用加大流量设计法设计了两套水力模型(圆柱叶片叶轮和长短叶片复合叶轮),并进行了内部流动数值模拟和空化可视化试验验证.研究结果表明,通过减少长叶片数、增加短叶片的复合叶轮与常规的圆柱叶片叶轮扬程流量系数变化规律基本一致,额定流量工况下,扬程相近.当空化数σ=0.05后,圆柱叶片叶...     

超低水头竖井贯流式水轮机三维湍流数值模拟

针对竖井贯流式水轮机导叶叶片数对其性能的影响,结合淮安市古黄河水利枢纽工程水轮机模型试验,在一定导叶开度下,对不同导叶数的竖井贯流式水轮机进行了基于CFD的数值模拟,并获得了设计点工况下配置不同导叶数量时水轮机的水力性能。将不同方案在水头损失以及流道和转轮效率上进行了对比。结果表明：随着导叶数的增加,流道效率和转轮效率逐渐提高,水头损失随之减小。通过分析贯流式水轮机内流场并结合外特性计算结果,最终确定了最佳导叶数方案;数值模拟得到的效率与试验数据的平均误差相当小,证明了数值模拟的准确性。该方法可以为超低水头竖井贯流式水轮机设计及其水力性能优化提供参考。     

泵式空间导叶用于多级液力透平的性能分析

探讨把深井离心泵中的新型空间导叶用在水轮机模式多级液力透平中,以提高液力透平的余能回收效率.试验模型选取水轮机模式二级液力透平,选定级间导叶的4个参数:叶片数、叶片包角、叶片出口角和叶片轴向长度,建立模型进行正交试验,并以扬程、效率为评价指标对结果进行极差分析.结果表明试验因素对扬程和效率的影响顺序均为:叶片出口角>叶...     

运西水电站竖井贯流式水轮机性能优化

采用雷诺时均方程(RANS),选择S-A湍流模型,运用SIMPLEC算法,利用CFD数值模拟技术,数值模拟了不同方案的运西水电站水轮机流道内流场,分析了转轮直径、叶片翼型、叶片个数、叶片安放角、转轮轮毂、转轮转速、导叶翼型、导叶轴线与机组中心线夹角、导叶个数、叶片及导叶安装位置、导叶开度对水轮机性能的影响,叶片数为3时水轮机装置性能较优,机组最高效率点分别在转速为187.5r/min、导叶个数为15时出现。对原有流道可改变部件做适当优化后,将优化后的转轮应用于电站进行数值计算,根据全流道的数值模拟结果,预测电站改造后机组的水力性能。根据数值计算的结果制作模型水轮机和真机进行模型试验和真机测试。结果表明,数值模拟结果与模型实验以及现场运行结果曲线的变化趋势一致,数值模拟结果基本能够准确反映电站的外特性和内部流场特征。     

直叶H型潮流水轮机三维数值模拟

为了探究直叶H型潮流水轮机水动力性能的影响因素,在理论分析的基础上,应用大型建模软件UG建立了直叶H型潮流水轮机三维模型,基于滑移网格技术采用Fluent软件对水轮机模型进行三维数值模拟,在保持直叶H型潮流水轮机叶片翼型一定、水轮机密实度相同的条件下,通过改变转轮叶片数以及来流速度,分析了潮流水轮机水动力性能。结果表明,叶片数对直叶H型潮流水轮机水动力性能影响很大,叶片数越多,输出扭矩值越小,当叶片数为3、叶尖速比为1.63时,水轮机最高获能系数为31.21%。     

新型潮汐双向竖井贯流式水轮机能量特性研究

为了研究某潮汐电站开发的新型高效低水头大流量双向竖井贯流式水轮机的能量特性,进行了模型试验与数值模拟计算。在模型试验中测试了水轮机正反两向、不同叶片安放角、不同导叶开度下的水头、流量和扭矩等参数,绘制了水轮机模型综合特性曲线,并与数值模拟结果进行了对比。试验结果表明,水轮机额定工况下,正向效率可达89.68%,反向效率可达84.08%,满足该潮汐电站运行要求;数值模拟结果与试验结果吻合,验证了数值模拟的可靠性,同时通过将换算后的原型试验结果与CFD数值模拟结果进行对比发现,在偏离设计工况点但是保持额定水头不变时,改变导叶开度引起的流量变化比改变叶片安放角引起的流量变化对数值模拟结果的偏差影响略大。     

超低水头竖井贯流式水轮机模型试验

为研究超低水头下竖井贯流式水轮机的能量特性和空化特性,对一种额定水头为2.10 m的超低水头竖井贯流式水轮机进行模型试验。基于河海大学水力机械多功能试验台,采用压差传感器、电磁流量计、扭矩仪等仪器对不同导叶开度、不同叶片安放角下GD-WS-35型水轮机的水头、流量和扭矩等参数进行测试,并绘制了水轮机模型综合特性曲线。试验结果表明:当叶片安放角为23°,导叶开度为65°时,在额定水头2.10 m条件下,模型水轮机的流量为0.398 m3/s,效率为83.34%,出力为6.838kW,对应原型水轮机的流量为9.96m3/s,效率为85.14%,出力为174.7 kW,水轮机具有良好的能量特性;当叶片安放角为23°,导叶开度为65°时,水轮机具有良好的空化性能。     

混流式水轮机压力脉动特性研究

为探究不同长短叶片比例对混流式水轮机压力脉动特性的影响,基于流场数值模拟的计算方法,对不同长短叶片比例的混流式水轮机进行全流道三维非定常湍流计算。计算结果表明,混流式水轮机内部的压力脉动主要由转轮和导叶的动静干扰以及尾水管的低频压力脉动所致;当短叶片出口离转轮旋转轴最近点处与长叶片直径之比为0.6时,混流式水轮机效率最高,为92.66%,且该混流式水轮机各过流部件对应的压力脉动幅值以及振动幅值也最小,水力稳定性最好。对研究背景、计算方法与步骤,以及计算结果的分析等情况均作了较为详细的介绍。     

桃源水电站灯泡贯流式水轮机转轮叶片数选择

从转轮型式、运行水头范围、水轮机效率、空化性能、稳定性及工程经济性几个方面出发,对桃源水电站灯泡贯流式水轮机转轮叶片数选择进行了详细分析,最终方案为采用3叶片转轮。     

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。     

用三元粘性数值模拟法探讨水轮机转轮空蚀问题

采用三元粘性数值模拟方法研究混流式水轮机转轮叶片空蚀问题，提出了改善空蚀的方法，并提供了供电站修形用的翼型，把三元粘性数值计算方法用于解决转轮空蚀问题，取代了传统的实验模拟方法，这在国内也是首次，具有较好的参考价值。     

Multi-point design optimization of hydrofoil for marine current turbine

The comprehensive performance of the marine current turbine is an important issue in the ocean energy development. Its key is the performance of the hydrofoil, which is used to form the turbine blade. A multi-point optimization method of the hydrofoil is proposed in this paper. In this method, the Bezier curve is used to parameterize the hydrofoil. The geometrical parameters are used as variables while the lift-drag ratio and the cavitation performance of the hydrofoil are used as the objective functions. The NSGA-II algorithm is chosen as the optimization algorithm. In order to resolve the difficulty of this high-dimensional multi-objective optimi- zation problem, the conception of the distance metric in the metric space is introduced to unify the lift-drag ratio and the cavitation performance under different working conditions. And then, the above optimization method is applied in the NACA63-815 hydro- foil＇s optimal design under three typical conditions. Finally, the results from the performance comparison of the original and optimi- zed hydrofoils obtained by using the CFD simulation are analyzed in detail. It is indicated that the optimized hydrofoils enjoy a better hydrodynamic performance than the original ones under the three conditions. The feasibility and the theoretical validity of this optimization method are confirmed by the results.     

展向翼型分布对风力机性能的影响研究

风力机叶片是由其展向不同位置且相对厚度不同的翼型积迭而成,展向翼型的分布影响风力机叶片的性能。为此,本文选取 8 种相对厚度不同的 NACA24 系列翼型,在考虑叶尖和轮毂损失的情况下,基于 MATLAB 程序计算各段的弦长扭角,利用 Qblade 软件模拟三种不同额定功率（300W、1.5MW、5MW）的水平轴风力机叶片,旨在研究不同额定功率下,展向翼型分布对风力机性能的影响。结果表明：随着风力机叶片展向翼型数量的增加,相同额定功率下,风力机叶片输出功率的数值逐渐增大,输出功率的增量逐渐减小;不同额定功率下,风力机展向翼型数量的增量相同时,随着额定功率的增大,输出功率的增加值占比逐渐减小。研究可为风力机叶片设计理论的发展提供借鉴。     

Hydrodynamic performance of a vertical-axis tidal-current turbine with different preset angles of attack

The instantaneous angle of attack on the blade has a significant effect on the hydrodynamic performance of a vertical-axis tidal-current turbine with straight blades. This paper investigates the influence of different preset angles of attack on the hydro-dynamic performance of a three-bladed, vertical-axis, tidal-current turbine both experimentally and numerically. Experiments are carried out in a towing tank. This tested turbine’s solidity is 0.1146. The preset angles of attack on the blade are -3°, 0° , 3° , and 5°, in the experiments. Experimental results show that with the increase of the preset angle of attack from -3°, to 5° , the hydrodynamic performance of the turbine is improved significantly with the power coefficients being increased from 15.3% to 34.8%, respectively. Compared to the result of a 0° preset angle of attack, the performance of the turbine with positive preset angles of attack is experimentally demonstrated to be beneficial. This performance improvement is also shown by numerical