轴流泵偏工况压力脉动和内流特性分析

轴流泵在偏离设计工况特别是小流量工况马鞍区附近运行时,流道内部强烈涡旋会造成剧烈的压力脉动,影响了泵组的安全稳定运行。本文以高比转速轴流泵为研究对象,对轴流泵5个流量工况点进行了整体流道三维流动计算,探讨该轴流泵运行时的非定常流动特性。数值计算采用RNG k-ε湍流模型,5个定常工况点计算的外特性曲线与轴流泵性能特点研究结果一致。对0.2Q_d和1.0Q_d工况进行非定常计算,结果显示,相同位置测点间的压力脉动混频幅值和频率均存在明显差异,0.2Q_d工况下相同位置测点间的压力脉动峰峰值最大超过1.0Q_d工况下4倍,说明此时流道内的流态分布很不均匀。测点离叶轮和导叶越近,低频脉动的主频受动静干涉引起的3fn和5fn脉动幅值就会明显增强,0.2Q_d工况下流道内测点受动静干涉作用的影响更强,脉动幅值为1.0Q_d工况下相同位置测点的3～5倍,且在转轮和导叶流道内影响的范围更广。结果表明,0.2Q_d小流量工况运行时压力脉动比1.0Q_d     

潘家口蓄能电厂4号机组主轴摆度偏大分析与处理

水电机组在运行过程中主要受到水力、电气和机械三种因素的藕联影响.在电气因素引起的问题中,径向磁拉力不平衡就是典型之一.潘家口蓄能电厂4号机组存在严重的磁拉力不平衡,使得主轴摆度大幅增大,尤其是上导摆度.本文对该机组上导摆度偏大的现象、原因分析及处理进行了详细的论述,结果发现转子采用的大小磁极和不等间距的磁极布置是导致磁...     

水泵水轮机极小开度反水泵工况压力脉动与内流特性分析

混流式水泵水轮机普遍存在S特性区,水轮机工况启动时机组常不能由空载直接带负载,容易进入反水泵区,导致机组并网困难。本文以模型水泵水轮机为对象,对极小导叶开度下的多个反水泵工况点进行了整体流道三维流动计算,探讨极小导叶开度下反水泵区机组的非定常流动特性。数值计算采用SAS SST-CC湍流模型,5个定常工况点计算的外特性曲线与模型试验数据吻合较好。对流量较小的工况进行非定常计算,旋转转轮9个叶道各8个测点的压力脉动结果显示,相似位置测点间的压力脉动混频幅值和频率均存在明显差异,峰峰值的差异最大达到4.2%,说明此时转轮内的流态分布很不均匀。测点离导叶越近,低频脉动的主频从0.19 fn逐渐增加到1.07 fn;动静干涉引起的20 fn脉动幅度会逐渐增强,但转轮出口位于出流与入流过渡区的测点趋势则不同。结果显示在反水泵工况区运行,转轮各叶道间的流态分布极不对称,充满了严重的流动分离和漩涡。     

基于软测量的水电机组功角在线测量的研究北大核心CSCD

针对功角测量方法在极对数多、转速慢的水电机组中误差较大,且在暂态过程时需要进行复杂的离线计算,难以满足功角高精度的在线监测要求,提出了一种改进的RBF神经网络功角软测量方法。将电压、电流及功率作为软测量模型训练集的输入,离线计算所得的稳态及暂态过程的功角值作为训练集的输出,并利用PSO算法对RBF神经网络参数进行优化。在单机无穷大系统中进行验证,验证结果表明,功角软测量的均方误差在0.004 9以内,且测量值与功率的映射曲线和理论功角特性曲线基本保持一致,所提出的软测量模型能够很好地拟合机组响应参数与功角的关系,实现了水电机组功角精准的在线监测。     

旋转流场流态预测模型验证及其速度分量选择的差异性

鉴于目前高速旋流场中的流体流态判定准则不统一、预测模型契合度不高的问题,依据流体力学基本原理及管道、缝隙流场的判定方法,本文对经典一维雷诺数及二维流量因子预测模型进行了理论重构,并尝试提出了适用于旋转流场中流体流态判定和预测的椭球模型。文章首先根据经典雷诺数模型和流动因子模型,对仿真计算和椭球模型进行了理论验证;然后对不同介质和工况参数下的速度场进行了分析计算,并与相关文献进行对比研究;最后结合对旋转流场中拐点的理论剖析,对椭球模型的合理性和科学性进行了论证,并对模型中速度分量的选择及差异性进行了讨论。结果表明：椭球模型对管道流动的预测结果与经典雷诺数模型完全一致,新模型对旋转流场中转折点的预测值较传统模型明显偏低,与实际工况更加贴近;根据椭球模型进行旋转流场的流态判定时,应选择平均直径处的线速度为剪切平均速度、进出口径向速度平均值为径向平均速度及最大轴向速度为模型输入因子。椭球模型的提出,为旋转流场在理论计算时如何科学判定流体流态提供了新的思路和判定方法。     

非定常喷嘴射流形状预测研究

在对射流进行非定常CFD解析的基础上，提出了射流直径的计算公式和射流形状的统计预测方法，并由时间平均的射流形状确定了缩流位置、膨胀率等用于设计的重要参数。     

Numerical predictions of pressure pulses in a Francis pump turbine with misaligned guide vanes

Previous experimental and numerical analyses of the pressure pulse characteristics in a Francis turbine are extended here by using the unsteady Reynolds-averaged Navier-Stokes equations with the shear stress transport （SST） turbulence model to model the unsteady flow within the entire flow passage of a large Francis pump turbine with misaligned guide vanes at the rated rotational speed. The S-curve characteristics are analyzed by a combined use of the model test and the steady state simulation with the aligned guide vane firstly. Four misaligned guide vanes with two different openings are chosen to analyze the influence of pressure pulses in the turbine. The characteristics of the dominant unsteady flow frequencies in different parts of the pump turbine for various misaligned guide vane openings are investigated in detail. The predicted hydraulic performance and the pressure fluctuations show that the misaligned guide vanes reduce the relative pressure fluctuation amplitudes in the stationary part of the flow passage, but not the runner blades. The misaligned guide vanes have changed the low frequencies in the entire flow passage with the change of the pulse amplitudes mainly due to changes in the rotor-stator interaction and the low frequency vortex rope flow behavior.     

相对轨迹在冲击式水轮机非定常流研究中的应用

从设计角度描述了射流相对轨迹的基本概念,并应用于冲击式水轮机计算流体动力学,特别将相对轨迹的概念与动画解析法相结合预测射流与水斗的各种干涉,以及在不同水斗数、不同比转速和不同射流膨胀率下所对应的损失。结果表明,相对轨迹与计算流体力学的结合是冲击式水轮机优化设计的有效工具。     

混流式水泵水轮机小开度S特性区内流特性分析

混流式水泵水轮机普遍存在S特性区,严重影响蓄能机组的安全稳定运行,其产生的内在原因和解决方法是目前研究重点。本文以模型水泵水轮机为研究对象,对小导叶开度下的水轮机及反水泵运行的多个工况进行了整体流道的三维数值计算,探讨小导叶开度下S特性区机组内部的三维流动特性。选取了性能曲线在S形区域的不同运行工况点进行内流特性分析,发现在飞逸附近工况导叶和转轮内主要表现为漩涡流;在制动工况活动导叶和转轮间的无叶区内表现为明显的"水环"状流态,仅有少部分水流能流入转轮;反水泵工况的流动则更加复杂,整个流道中均有大量的漩涡流存在。综合S特性区的三维流动特性发现,当机组运行在小流量制动工况时,无叶区内的回流会堵塞通道,造成转轮不能在更高的转速下维持该小流量状态的运行,表现为在特性曲线飞逸点附近开始发生S形的弯折。