有无轮缘间隙的贯流式水轮机三维流动数值模拟

本文基于N-S方程和k-ε湍流模型、非结构化网格和多块网格技术,采用导叶和转轮部分联合计算的方法,在不同工况下,对贯流式水轮机模型转轮轮缘间隙在0、0.25 mm、0.5 mm和1 mm的情况分别进行了计算,分析了轮缘间隙对叶片压力分布、速度矢量、数值效率和间隙泄漏量的影响.通过对水轮机间隙流动的定性和定量分析,揭示了贯流式水轮机轮缘间隙内流动规律.     

基于遗传算法的轴流式叶片全三维优化设计

本文提出了一种结合全三维反问题计算与遗传算法优化的轴流式水轮机转轮设计方法。即在对轴流式水轮机转轮叶片进行全三维反问题设计的基础上,然后以平面叶栅表面边界层中的流动损失最小和翼型气蚀系数最低为目标,小生境遗传算法进一步对转轮叶片进行优化以得到更为理想的转轮叶片。由于此方法结合了全三维反问题方法对有厚度叶片计算的准确性,以及遗传算法对解决多目标优化问题全局搜索的准确性,可以得到比较理想的转轮叶片。     

离心泵叶顶泄漏涡结构特性研究

叶顶间隙产生的泄漏涡会对半开式离心泵性能产生不利影响,为了探究不同流量工况下泄漏涡结构及其运动轨迹的变化规律,本文采用SST k-ω湍流模型对半开式离心泵进行全流道数值模拟,分析了泄漏涡的结构特征和泄漏流速度分布,改进了泄漏涡运动轨迹预测模型。结果表明,数值模拟值得到的外特性与试验值吻合较好;叶顶泄漏流相对速度的弦向分量的最小值出现的位置与泄漏涡的初始位置重合,并且随着流量的减小向上游移动。叶片进口边负的弦向分量导致回流的形成,而法向分量的增大是导致小流量工况前缘溢流和大流量工况叶片尾缘二次泄漏流的根本原因。叶顶间隙内速度梯度较大的泄漏流会引发高熵产,并且与主流混掺形成泄漏涡,在泄漏涡周围同样引发高熵产,高熵产区面积随着流量的减小而增大。改进轨迹预测模型用叶顶间隙进口的平均速度代替了原先叶轮进口平均速度,扩展了预测范围,减小了预测结果的误差,说明改进模型能够很好地预测泄漏涡核的迁移轨迹。     

卧式灯泡贯流式水轮机真机协联寻优数值研究

众多实际电站的运行情况表明贯流式电站模型机与真机性能存在差异，使得很多电站投产后因协联关系不正确而频繁发生出力不足、剧烈振动等问题，但通过现场试验调整协联又耗时耗力。因此本文基于动网格技术，在考虑自由液面及水体重力的情况下对贯流式水轮机进行真机协联关系的数值寻优。结果表明：数值寻优前后低水头工况协联关系变化幅度更大，且低水头工况下效率对导叶开度变化敏感度更高，因此电站在丰水期低水头工况下更有必要对协联关系进行调整，数值模拟协联寻优对低水头工况指导意义更大；协联关系的变化对转轮靠轮毂处的水流流动影响较大，相对液流角增加，同时转轮出口靠轮毂处的正环量减小，很好地改善了尾水管内的回流及涡带分布状态，有助于减小尾水管内的水力损失，提高水轮机的水力效率。所以数值协联寻优对贯流机组的设计和现场试验具有一定的指导意义。