贯流式水轮机转轮叶片参数化设计与优化

在水轮机进行优化设计的过程中,参数化表达水轮机叶片所需变量多,且优化过程计算量大,针对这些问题,提出了一种水轮机转轮叶片优化设计方法。首先,采用计算流体力学(CFD)技术,对模型水轮机进行了数值模拟;然后,采用二次曲线对水轮机叶片翼型曲线进行了参数化拟合,通过改变叶片的部分位置的比例系数,对叶片形状进行了控制;通过CFD数值模拟技术,计算了不同参数下的叶片在相同工况下的计算结果,并生成了样本空间;通过反向传播神经网络(BPNN)和遗传算法,对水轮机的效率和水力性能进行了优化计算：最后,对得到的优化结果进行了CFD数值模拟计算,并将其与原型叶片进行了对比分析。研究结果表明：优化后的贯流式水轮机效率提高了2.5%,叶片的压力分布情况得到了有效的提升;该结果证明,采用该方法优化叶片翼型曲线是有效的,并具有实际的工程应用价值。     

轴流泵叶片安放角增大过渡过程特性

建立配置虹吸式出水流道的立式轴流泵几何模型, 提出轴流泵在运行中调节叶片安放角过程的三维非定常数值模拟方法, 采用动网格及网格重构技术实现叶片自转与其随叶轮公转的复合运动。选定 3 种调节规律进行数值模拟, 获得相关工作参数变化规律和内部流场变化情况。结果表明: 采用 3 种不同时间增大叶片安放角 2°, 机组流量增加 4.4% ~ 4.9% , 叶轮水力矩增加 5.1% ~ 5.9% , 叶轮进出口平面的测点静压波动范围较大; 在叶片安放角增大的过程中, 叶轮区域流态恶化、有涡核分布, 叶片吸力面出现分布不均匀的低压区域; 调节时间为 1 s 时, 叶轮进 出口平面测点静压及叶轮水力矩的波动范围要大于其他两种规律, 叶轮区域的涡核分布也要多于其他两种规律, 故在较短时间增大叶片安放角会增加叶轮区域的不稳定性。     

水泵水轮机低水头起动过程水力特性分析EI北大核心CSCD

抽水蓄能机组在低水头并网发电过程中常会由于水力不稳定性和其自身的反“S”特性导致并网失败,严重影响电力系统的调节品质。为探究水泵水轮机低水头起动过程的水力特性,基于力矩平衡方程控制转轮实时转速,采用增量式比例–积分–微分(proportion integration differentiation,PID)算法对活动导叶开度进行实时控制,借助动网格技术和计算流体动力学方法开展考虑PID控制的水泵水轮机低水头起动过程数值模拟,建立水泵水轮机内部流动演变与外特性变化的关联机制。研究表明:转轮所受压力在起动过程初始阶段最高,叶片表面压力系数为1.22,经过PID调节后减小至1.08。起动过程中转轮力矩的变化主要受叶道涡及驻点位置改变的影响,驻点在叶道内沿逆时针方向移动。水头的变化与转速和回流形态的演变密切相关,表现为转速主导影响了水头的变化频率,而回流的具体形态则影响了压力场的分布,进而决定了机组段水头的数值大小。研究成果可为提高水泵水轮机在低水头起动并网成功率提供参考。