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。     

高效S形轴伸贯流泵装置内流动特性研究

为深入研究新型高效S形轴伸贯流泵装置流道内部流动特性,采用CFD技术对该泵装置进行了全流道三维定常流动计算,获得了在大流量、小流量和最优工况时泵装置的内部流场。结果表明:在叶片安放角0°的最优工况(泵装置计算最高效率为81%,试验最高效率82.57%,流量系数KQ=0.492,扬程系数KQ=0.830)时进水流道的速度加权平均角为88.8°,轴向速度分布均匀度达到97.51%,水力损失为3.89cm;泵装置流道效率达到98.5%。运行工况范围内,出水流道出口断面的最大速度为1.429 m/s,满足国家标准(GB50265-2010)的要求;在大流量工况时,出水流道的弯管段上侧出现了小范围的漩涡。与该泵装置物理模型试验结果比较可知,数值预测泵装置性能与试验的性能数据符合较好,该泵装置匀顺的整体流动形态使能量损失很小,泵装置性能优异。     

原型水轮机的非定常湍流计算和尾水管压力脉动分析

本文对三陕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,预测了尾水管内的压力脉动。通过与模型试验结果进行比较可以看出,本计算能够比较准确地预测尾水管内的压力脉动。本文还根据计算结果分析了尾水管内非定常涡带产生和传播的原理。     

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。     

工况调节与传动方式对贯流泵结构和装置性能的影响

对不同工况调节和传动方式的贯流泵机组结构型式和性能进行了比较。运用计算流体力学,对采用相同水泵模型而工况调节方式不同的3套灯泡贯流泵装置进行数值模拟,评价不同工况调节方式对贯流泵装置性能的影响。计算结果表明,由于机组结构型式不同,在进水流道中安装变角调节机构的水泵装置,取得较低的装置效率,其中较长的进水流道和调节装置对水流的阻碍,降低水泵装置效率1.0～1.5%左右。采用变速调节机构的水泵装置能取得较高的装置效率,部分原因是进水流道较短,部分原因是装置结构型式不同。变频调节机构消耗的功率约占电机输入功率的3～4%,变频调节提高的装置效率,可能抵消不了这部分功率损耗。     

混流式水轮机压力脉动精细模拟和分析

用DES模型模拟了混流式轮机内部流动,并输出了大量的测点数据,通过与试验数据的比较验证了计算结果的可靠性.详细分析了尾水管进口截面的压力脉动的幅值和相位,并对尾水管内的流动做了分析.结果表明,其压力脉动在一侧较大,并非对称分布.数值模拟结果还得到了与试验一致的涡带形状.     

变频调速灯泡贯流泵装置结构开发与优化

针对南水北调工程江苏段和山东段低扬程泵站的具体特点,开发了新型结构的灯泡贯流泵机组,并采用变频调速装置进行工况调节.根据使用常规电动机和永磁电动机两种设计方案,进行了灯泡体尺寸和出水流道型线优化设计,利用商用软件CFX对贯流泵装置内部流场开展内部流动数值分析和性能预测.数值计算和模型装置试验结果表明,合理增加流道外壳直径和减小电动机外径,都能有效提高贯流泵装置效率,不同特征扬程下效率提高0.5～3.7%.     

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。     

水轮机压力脉动试验方法的研究

本文介绍了在水轮机压力脉动试验中测试点位置的选取，压力传感器的选择和安装，以及在信号采集过程中可能产生的信号混叠和信号频率泄漏现象，提出了在采用FFT分析时较为合理的信号采集方法。由于在进行FFT分析时，先对连续的压力脉动信号进行了有限化和离散化处理，从而使分析得到的频率、幅值和相位产生误差。要提高FFT分析的频率分辨率，必须加长数据采样时间；要提高高频分析的精度，则应提高采样频率，缩短采样间隔。     

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。     

竖井贯流泵装置内部流动数值模拟与性能分析

优化竖井贯流泵装置的水力性能,应了解包括转轮在内的竖井贯流泵装置的流动特性。采用一维水力设计方法设计了竖井贯流泵装置的进、出水流道,并采用ANSYS CFX软件对前、后置竖井贯流泵装置进行三维定常流动数值模拟。引入平均涡漩角的概念,分析了前、后置竖井贯流泵装置内部流动的差异性,重点对不同形体的进、出水流道的水力性能及前、后置竖井贯流泵装置的外特性进行了分析比较,并通过模型试验得到了前置竖井贯流泵装置的综合特性曲线。结果表明,竖井与直管进水流道水力性能差异较小,出水流道对泵装置能量性能的影响较大。在叶片安放角0°时,前置竖井贯流泵装置最高效率为77.79%,后置竖井贯流泵装置最高效率为78.82%。本文可为竖井贯流泵装置设计及形式选择提供有益参考。     

大型立式泵站簸箕型进水流道三维紊流数值模拟

针对典型的簸箕型进水流道 ,应用紊流模型对流道内部流态及水泵吸水管各断面流速分布进行了数值模拟 ,计算结果符合实际情况。数值计算揭示了簸箕型进水流道内流动规律 ,进水流道吸水管下方存在奇点 ,如相关设计参数不当易产生漩涡。根据计算分析 ,提出大型泵道簸箕型控制参数 ,对于工程设计有重要参考价值     

湍球塔气体流动的数值模拟

空塔气速分布，支撑板、挡板、漩流板的压降及塔的总压降是湍球塔最基本的特性参数，反映出塔板结构的合理性及操作过程中所需消耗的能量。文中用计算流体力学软件Fluent进行湍球塔的空塔全尺寸数值模拟，与实验数据进行对比得到较好的效果，为湍球塔结构的优化设计找到一种准确、经济又快捷的方法。     

轴流式水轮机内三维空化湍流的数值研究

采用一种完整空化模型和一种混合流体两相流模型,对轴流式水轮机全流道内的定常空化湍流流动进行了数值模拟。根据模拟结果,考察了水轮机在低尾水位下运行时流道内空化发生的部位和程度,并对水轮机的空化性能进行了预估。数值预测的空化流动现象与模型水轮机空化试验中所观察到的现象基本一致,说明数值模拟结果可为水轮机的空化性能预测提供参考。     

竖井贯流泵装置水力设计方案比较研究

竖井贯流泵装置流道顺直、水力损失小,并具有投资较少、结构较简单、安装维护方便等许多优点。为了充分提高这种型式贯流泵装置的水力性能,结合南水北调东线一期工程的邳州站建设的需要,采用三维湍流数值计算的方法,对竖井贯流泵装置进行了水力设计方案比较研究,并分别采用了透明泵装置流态模型试验和泵装置性能模型试验的方法检验竖井贯流泵装置方案比较的成果。研究结果表明：前置竖井贯流泵装置进、出水流道内的流态平顺均匀,流道水力损失小;前置竖井贯流泵装置的水力性能明显优于后置竖井贯流泵装置;经过充分水力设计的邳州站前置竖井贯流泵装置在低扬程条件下得到了十分优异的水力性能,主要工况点的泵装置效率超过83%、临界空化余量小于5m。这种型式的贯流泵装置不仅适用于邳州站,而且也适宜在其它特低扬程泵站推广应用。     

基于时变状态矩阵的故障系统稳定性分析

针对能量函数法无法分析系统的时变状态矩阵与稳定性之间的关系,提出一种基于时变状态矩阵的故障电力系统稳定性分析方法。首先,通过系统在故障消失点的状态及运行方式,逐步计算系统在故障后各运行点的状态及状态矩阵。然后求取差分方程的解,并根据时变系统稳定性判据,判定故障后系统能否渐进稳定。最后,2机系统和16机系统仿真算例表明,该方法能够准确判断系统在不同故障位置及故障持续时间等情况下系统的稳定性。     

浑水水力分离清水装置内弱旋流动的数值模拟

本文采用了不同的网格划分方案对装置内的弱旋流场进行计算,将计算结果与实测值对比,选出最优方案。在最优网格数下,分别采用RNGk-ε模型与RSM模型对装置内部流场进行计算,计算结果与实测结果均表明装置内的切向速度场呈现明显的强迫涡特征,有利于装置内的水沙分离;装置内的径向速度随着半径的增加而减小,在中心处取得最大值,并且通过理论分析给出了相同的结论。雷诺应力的初步分析表明装置内的湍流场可以近似为各向同性,因此综合考虑计算精度和计算耗时,RNGk-ε模型就可以较快地计算浑水水力分离清水装置内的湍流场,而不需选择计算时间较长的RSM模型。     

三维曲线坐标系下炉内湍流流动的数值解

在曲线坐标系下运用非交错网格的 SIMPLE方法对电站锅炉炉内的湍流流动进行了数值模拟 ,导出了任意三维曲线坐标系下椭圆型 N-S方程的通用形式 ,得到了较为满意的结果 ,较好地解决了锅炉数值模拟中存在的燃烧器喷嘴处伪扩散严重的问题 ,为求解复杂区域内的传热传质、流动及燃烧问题奠定了基础     

Numerical analysis of electron optical system with microchannel plate

This paper describes a numerical development of image converters and intensifiers which incorporate an inverting electron optical system (EOS) and a microchannel plate (MCP) as an amplifier. The numerical design of the system includes calculation of the electrostatic field in the device, trajectories of electrons emitted from a photocathode, and determination of the modulation-transfer-function (MTF) which gives the objective estimation for the image quality.