混流式水轮机改造前后转轮内固液两相流数值分析

为了探究混流式水轮机改造前后转轮泥沙磨损情况,采用固液两相流模型对某电站改造前后的混流式水轮机进行全流道数值模拟,分析不同工况下转轮叶片表面泥沙分布,转轮叶片表面固液两相速度差,以及水轮机效率。结果表明:小流量工况下泥沙磨损最严重;水轮机改造后,叶片表面泥沙体积分数下降,固液两相速度差减少,泥沙磨损减弱,水轮机效率较改造前提升了5.5%。该研究可为水轮机改造提供一定的参考。     

长短叶片水轮机转轮内固液两相流数值模拟

运用RNGκ-ε湍流模型和两相流混合模型,分别对常规叶片和长短叶片的混流式水轮机全流道在不同开度下的含沙水流运动进行数值模拟,并对常规叶片转轮磨损情况与实验结果进行比较分析。对固体颗粒在2种转轮内的流动状况及叶片表面泥沙磨损程度进行分析时发现:2种转轮叶片表面泥沙颗粒速度曲线趋势相同,都是在叶片进口处存在速度最大值;在最优工况下,常规叶片表面的泥沙浓度要高于长短叶片,在叶片进口压力面和出口处出现了严重的泥沙磨损;长短叶片表面的泥沙浓度分布更为均匀。此外,在计算过程中还发现,叶片进口压力面的磨损程度随开度的减小而稍有加剧,最严重区域发生在距叶片进口1/5位置处。     

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。     

映秀湾电站水轮机转轮沙水流动数值模拟

为了研究映秀湾水电站水轮机内部沙水流动特性,对水轮机进行沙水流动数值模拟,分析水轮机转轮部分沙水流动情况.研究结果表明,转轮内叶片进水边及出水边靠下环处是泥沙分布的主要区域.研究结果对水轮机泥沙磨损的研究具有指导意义.     

基于CFD的水轮机叶片优化设计研究

以某水电站轴流转桨式水轮机为研究对象,对机组引水管道、蜗壳、固定导叶、活动导叶、水轮机转轮以及尾水管等过流部件进行实际尺寸三维建模,对水轮机进行全流道三维数值模拟,根据模拟计算结果对转轮叶片进行改型设计,并利用CFD以及转轮效率计算,验证了新叶片性能的提升。     

基于不同转轮缺陷的水轮机流道水沙两相分布规律研究

为分析转轮叶片缺陷情况下的水轮机流道内水沙两相分布规律,该文根据HLA855a-LJ-250水轮机模型,对转轮叶片进行缺陷处理。分别建立了完整、空蚀凹坑及出水边磨蚀三种叶片模型,对应命名方案1、方案2和方案3,通过RNG k-?湍流模型和欧拉多相流模型进行模拟计算。转轮流域采用滑移网格,入口泥沙体积分数设置为0.35%,水轮机额定工况下工作5s,模拟结果显示：(1)方案3转轮叶片压力面与吸力面的泥沙压力与体积分数,均高于方案1和方案2转轮叶片对应面的泥沙压力与体积分数,说明不同缺陷形式的转轮叶片直接影响了转轮叶面泥沙分布规律;(2)转轮叶片缺陷形式不同,呈现在转轮上下游流道内的泥沙分布规律差异性显著;(3)当转轮叶片无缺陷时,机组运行过程中受泥沙磨蚀影响较小,但是当转轮叶片发生磨蚀破坏时,流道内的泥沙体积分数会升高,需要重点关注蜗壳鼻端、转轮叶片压力面及尾水管扩散段部位。     

含沙河流中混流式水轮机转轮优化设计的研究及其软件包的开发

通过对水轮机泥沙磨损机理和磨损条件的分析 ,提出了改善水轮机磨损条件的措施 ,在二元理论基础上 ,对含沙河流中混流式转轮叶片设计方法进行了研究。采用稳定可靠的数值计算方法 ,进行了转轮流场计算、叶片数值积分、叶片加厚等工作。对初步设计的转轮进行了效率和磨损预测。开发了一套实用的含沙河流中混流式转轮叶片水力设计计算机辅助设计系统 ,并给出了一个运用该软件的设计实例。     

含沙河流中混流式水轮机转轮优化设计的研究及其软件包的开发

通过对水轮机泥沙磨损机理和磨损条件的分析,提出了改善水轮机磨损条件的措施,在二元理论基础上,对含沙河流中混流式转轮叶片设计方法进行了研究.采用稳定可靠的数值计算方法,进行了转轮流场计算、叶片数值积分、叶片加厚等工作.对初步设计的转轮进行了效率和磨损预测.开发了一套实用的含沙河流中混流式转轮叶片水力设计计算机辅助设计系统,并给出了一个运用该软件的设计实例.     

水轮机转轮内部泥沙浓度的数值分析

采用ANSYS CFX 14.0软件对某电站混流式水轮机转轮内部固液两相流动进行了数值模拟,着重分析了转轮内部泥沙浓度分布。研究结果表明,在叶片表面上不同的位置,泥沙浓度分布是不同的,浓度较高的地方位于叶片进水边靠近上冠和下环处、下环内表面和叶片出水边靠近下环内表面处。对含沙河流中水轮机转轮叶片遭受严重磨蚀破坏情况的分析和水轮机的耐磨设计具有重要的指导作用。     

金沙江下游水轮机泥沙磨损情况分析

根据位于水轮机3个不同位置的泥沙特征、形貌以及矿物成份,对转轮叶片、活动导叶进行了泥沙磨损试验预估研究,比较ZG04Cr13Ni4Mo和ZG04Cr13Ni5Mo材料的抗泥沙磨损能力,并对金沙江下游多泥沙条件下的水轮机运行后重点关注部位提出了重要建议。     

含水河流中混流式水轮机转轮优化设计的研究及其软件包的开发

通过对水轮机泥沙磨损机理和磨损条件的分析，提出了改善水轮机磨损条件的措施，在二元理论基础上，对含沙河流中混流式转轮叶片设计方法进行了研究，采用了稳定可靠的数值计算方法，进行了转轮流场计算，叶片数值积分，叶片加厚等工作，对初步设计的转轮进行了效率和磨损预测，开发了一套实用的含沙河流中混流式转轮叶片水力设计计算辅助设计系统，并给出了一个运用该软件的设计实例。     

高水头多泥沙电站水轮机导叶的泥沙磨损研究

高水头多泥沙电站水轮机活动导叶是泥沙磨损最为严重的部件。采用k-ε固液两相湍流模型和Sample算法,对水轮机全流道的流动进行数值模拟,并采集电站前池沙样,对水轮机导叶进行了泥沙磨损试验。计算结果表明,活动导叶上泥沙浓度最大位置在5%～10%弦长处,最大泥沙速度出现在20%弦长附近。试验结果表明,泥沙磨损较严重处为活动导叶头部,磨损最严重处在20%弦长附近,泥沙速度对活动导叶磨损影响很大。     

某低水头混流式水轮机叶道涡特性数值分析

采用数值模拟手段,研究低水头混流式水轮机叶道涡的水力特性,依托某低水头混流式水轮机模型转轮试验结果和数值计算结果,选取三个单位转速下出现叶道涡的工况,基于N-S方程及SST湍流模型对水轮机进行单流道、全流道、定常和非定常流动数值模拟,分析叶道涡复杂流动的水力特性和压力脉动。结果表明,在叶道涡初生工况,叶片上冠正背面均有部分脱流现象,随着水流在叶片内部运动,转轮出口处,靠近上冠区域有较明显的脱流漩涡和失速区,这部分区域也是叶道涡产生的集中区域。分析转轮内部各个监测点的压力脉动数据,发现转轮内部各个测点会出现有规律的1倍转频的低频脉动和24倍高频脉动,1倍低频脉动与转轮自身转速有关,24倍高频脉动与活动导叶数量有关,是动静干涉影响的结果。测点位置的流态越差,该测点的压力脉动幅值会越高。     

水轮机转轮固液两相三维紊流计算及磨损预估

本文在两流体模型的基础上，使用贴体坐标的有限体积法，利用有科氏力修正的κ-ε-Ap两相流紊流模型建立了水轮机转轮内部的三维泥沙固液两相紊流计算模型。模型中求解了考虑压力对固粒相影响的时均Reynolds动量方程，并利用泥沙相的速度和浓度分布，数值计算了转轮的泥沙磨损。为了验证模型的可行性，用该模型计算了刘家峡HL001-25模型水轮机转轮内部的三维泥沙固液两相紊流流动，数值预估了转轮的泥沙磨损并与磨损试验结果进行了比较。     

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。     

超低比转速混流式水轮机不同叶片转轮分析

根据设计参数设计了冷却塔低比转速混流式水轮机。依照水力设计尺寸绘制图纸,利用三维画图软件Pro/EN-GINEER建立三维模型。基于Realizable湍流模型和时均N-S方程,对设计工况下混流式水轮机拥有不同转轮形式但蜗壳、导水机构和尾水管均不更换情况进行了数值模拟。获得了转轮内速度场、压力场的分布情况,并通过计算求得效率,对比分析了水轮机三种转轮全流道的流场分布,发现短叶片转轮在叶片背面靠近出口位置有小部分回流现象,靠近下环地方低压区域要比其他两种转轮的大,而当这个区域的压强减小到一定值时,容易发生空化空蚀。得出在合理的范围内适当增加叶片长度有利于能量的利用,并且使水轮机转轮流速、压力分布更合理,水力性能更好。     

满拉水电站机型选择

满拉电站总装机２０ＭＷ，在电网系统中担任调峰、调频任务。年楚河含沙量较大，对水轮机存在着泥沙磨损现象，同时考虑到电站所处的位置自然条件恶劣，交通不便，为确保机组安全可靠运行，延长机组大修周期，水轮机应选用抗磨性能好的转轮和结构。通过泥沙对水轮机磨损程度的分析，确定了水轮机额定工况点的比转速，并控制转轮出口靠下环处的相对速度，最终选出了水轮机的转轮型号。     

基于CFD的水轮机导叶泥沙磨损研究

导叶是水轮机必不可少的引水构件，为了能研究含沙水中导叶的磨损情况，应用CFD流体分析软件，基于RNG湍流模型对不同泥沙浓度下的水轮机导叶进行了数值分析，得到了不同工况下导叶的泥沙体积分布图，从而进一步分析导叶的磨损情况。分析结果表明，在含沙水中，导叶叶片泥沙量从叶根向叶梢逐渐减小，叶片根部最早遭受泥沙冲蚀，磨损程度比其他位置严重。叶片正面过水面积比较大，所以叶片正面泥沙量比背面多，所遭受的泥沙磨损也比背面严重。随着泥沙浓度的增大，导叶表面的泥沙分布量也逐渐增大，叶片越容易遭受磨损破坏，而且同一个地方磨损程度越严重。     

减少转轮和导叶空化破坏和泥沙磨损的措施

右江百色水电站是一座中高水头的大型水电站，水轮机转轮叶片和导叶处的流速较高，会产生空化导致空化破坏，在汛期过机水流泥沙含量较大，会产生泥沙磨损，论述了水轮机采购招标时采取的减少转轮和导叶空化破坏和泥沙磨损措施，并进行了简要分析。     

水轮机长短叶片转轮三维数值模拟

基于Standard k-ε双方程湍流模型和三维时均N-S方程,进行了混流式水轮机HLA351长短叶片转轮流场的三维湍流数值模拟研究,获得了流道的流速和压强分布.计算结果表明:和常规转轮相比,长短叶片结合的转轮流态较好,流速和压强分布合理,水轮机的全流道CFD分析能够较为准确地预测出水轮机过流部件内的性能参数及内部流场结构.