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.     

冷却塔能量回收水轮机的叶片数对水力性能的影响

利用PRO/E软件对水轮机进行三维建模,应用k-ε湍流模型和雷诺时均N-S方程对水轮机进行数值模拟,研究了不同叶片数对水轮机各过流部件水力损失、效率以及压强和流速分布的影响。结果表明:随着转轮叶片数的增加,水轮机效率先增大后减小,在叶片数为20时达到峰值。同时,增加叶片数,叶片间的涡带变小,转轮流线旋转环量增大。水轮机各过流部件中转轮损失最大,损失水头在1 m左右。     

贯流式水轮机内部压强变化对鱼体损伤分析研究

鱼类在通过贯流式水轮机流道时会遭遇撞击、压强变化等引发的损伤。本文基于试验和CFD分析方法探究了不同工况下贯流式水轮机全流道压强变化对鱼的损伤机理及阈值。通过试验实现鱼经过水轮机过程中压强变化情况的高精度仿真,研究鱼类在贯流式水轮机内部受压强及压强梯度的影响。试验结果表明:正压状态下加压至最大压强0.68 MPa时,对鱼损伤不明显;随着压强阈值的降低,受损伤和死亡的试验鱼越多,负压状态下降压至压强-0.015 MPa时,鱼类受到损伤,下降至-0.075 MPa时,鱼类全部死亡。通过数值计算分析得出:相对压强小于-15 kPa的区域主要位于叶片背面靠近进口边的位置,且当贯流式水轮机在不同导叶开度下运行时,相对压强小于-15 kPa的区域随着流量的增加呈增多趋势,鱼类遭受压强损伤概率随着流量的升高呈增大趋势。当水轮机在最小水头的大流量工况时,鱼类遭受压强损伤概率达到了最大值6.45%。鱼类遭受压强梯度损伤概率随着流量的升高呈先增大后减小趋势。当水轮机在最大水头的导叶开度为60 mm时,鱼类遭受压强梯度损伤概率达到了最大值4.61%。     

立式模型水轮机结构特点

根据模型试验和水力研究的要求设计了模型水轮机。结合对立式模型水轮机结构特点的介绍,按照各部件功能差异进行了区分,同时对相关各部件的测点需求进行表述。针对模型导水机构中导叶端面提出一种动静结合部件间隙调节办法,可为同类型模型水轮机结构设计提供参考。图2幅。     

桃源水电站水轮机A级检修实践

灯泡贯流式水轮机具有结构复杂、检修空间受限的难点,同时安装检修效果对水轮机的稳定高效运行又有很大的影响。为研究水轮机各部件的失效规律和检修工艺,通过对桃源4号水轮机A级检修的过程总结和回顾,重点对水轮机各主要部件的缺陷、修复处理方案进行了分析和介绍,并提出了对机组检修的后评价,以及对后续其他机组A级检修的技术路线提出设想。明确了灯泡贯流式水轮机检修易损件、结构危险点,并提出了对应的检修方式和工艺。     

混流式水轮机全流道三维定常湍流数值计算

基于标准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全流道的三维定常湍流计算.捕捉到了水轮机各过流部件内的流场和尾水管内的涡旋结构等流动信息.结果表明,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,所得到的结果对进行水轮机的水力设计或改型优化设计等研究具有重要的指导意义.     

水轮机调速器两段关闭阀缺陷处理探索

在水电站压力引水系统和水轮发电机组特性确定时,对水锤压强变化和转速上升大小起控制作用的是导叶调节时间和调节规律,而实现上述两项指标的装置,靠的是水轮机调速器或过速限制和两段关闭阀。文章对水轮机调速器两段关闭阀的主要设计特点进行介绍,对应用中发生的缺陷原因进行分析并提出结构改进方案。     

混流式水轮机内三维定常湍流数值研究

基于 k-ε紊流模型和三维时均N-S方程,进行了混流式水轮机全流道的三维定常湍流计算.捕捉到了水轮机过流部件内的流场和非最优工况下转轮通道及尾水管内的旋涡结构与演化特征等流动信息.结果表明,水轮机的全通道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,所得到的结果对进行水轮机的水力设计或改型优化设计等研究具有重要的指导意义.     

水轮机引水部件的水力损失模型

本文建立了水轮机引水部件的水力损失模型，并用该模型对两算例进行了损失计算，计算结果表明：该模型能反应出引水部件水力损失的变化趋势，新提出了蜗壳水力损失模型更切合实际，可用于水轮机引水部件的水力优化。     

混流式水轮机引水部件内部流动的二维数值模拟与三维模拟比较分析

基于N-S方程和标准k-ε紊流模型,采用CFD计算流体力学软件对HLA 616-WJ-55混流式水轮机原型机的引水部件在最优工况下进行了二维定常数值模拟,获得了流场的速度、压力分布变化规律,并与同型式水轮机的蜗壳三维数值模拟结果进行比较分析。结果表明,二维CFD分析也能较概括地预测引水部件内部流场的结构,数值模拟结果对水轮机选型和优化设计均具有重要的指导意义。     

重力场对灯泡贯流式水轮机流场分析及水力性能评估的影响

本文采用黏性三维湍流流动分析法，通过Fluent软件分析了重力场对灯泡贯流式水轮机流场分析和水力性能预估的影响。计算中考虑了在不同的水头与转轮直径比的情况下，重力场的影响程度。计算结果表明：考虑重力后，水轮机进口断面的平均速度、流量和功率都比不考虑重力时大，但效率相差不大。由于重力作用在竖直于机组轴线方向上的压力分布不均匀，叶片上作用有交变应力。当水头与转轮直径的比值超过5时，重力的影响可以忽略。     

水平轴潮流能水轮机叶片变桨角度研究

利用Flow-3D软件建立了单桩型水平轴潮流能发电机的三维数值模型。采用该模型对不同叶片变桨角度时的水动力过程进行了模拟计算,并根据计算结果从叶轮转速、叶轮动能、叶轮受力、水位和流速变化的角度进行了分析和讨论。数值模拟结果表明：当叶片变桨角度增大时,来流方向的叶轮受力和叶轮动能也都随之增大;变桨角度对于与来流垂直的y和z方向的叶轮受力影响较小;叶片变桨角度越大、水轮机下游附近流速降低的越快,流速就越小,而在水轮机下游较远处,叶片变桨角度越大,尾流场恢复得越快,其流速也越大。     

双涡轮灯泡贯流式水轮机三维 定常流动解析

基于三维N-S方程及标准紊流模型,对双涡轮灯泡贯流式水轮机进行了全三维定常流数值模拟,获得了流场的速度、欧拉能量及压力分布等变化规律。结果表明,CFD分析能较准确地预测双涡轮贯流式水轮机内部流场的结构, 其数值模拟结果可以作为双涡轮贯流式水轮机优化设计及运用的依据。     

基于模态分析的水轮机故障诊断研究

针对某振动较剧烈的水轮机,通过数值计算模拟水轮机叶轮附近压力脉动情况,并以此为边界条件计算水轮机的振动固有模态,分析其自身结构与异常振动的关联性。研究表明,水轮机运行时,水体压力脉动频率主要集中在24.5和49 Hz附近,即其叶轮通过频率的一倍频和二倍频,尤其是在叶片角度大于0°时,而水轮机叶轮模态分析所得的前2阶固有频率也在49.0 Hz附近,压力脉动频率和水轮机叶轮固有频率具有一定的相似性,因此容易引发共振,这也是该电站水轮机在叶片角度较大时振动较激烈的主要原因。     

水电站进水前池三维数值模拟

建立水电站进水前池内流动的k-ε紊流数值模型,采用VOF方法,对高水头小流量引水式电站进水前池内流场进行了三维数值模拟。计算得出了冲击式水轮机在引用设计流量1．94m^3／S时前池内水流流态,底板压力分布,及压力钢管进口流速分布以及在针阀突然关闭时,前池内水面涌高时水面线形状。数值计算结果结合常规理论分析可以为工程设计提供参考。     

A NOVEL DESIGN OF COMPOSITE WATER TURBINE USING CFD

This paper presents computational investigation of a novel design of composite material axial water turbine using Computational Fluid Dynamics(CFD).Based on three-dimensional numerical flow analysis,the flow characteristics through the water turbine with nozzle,wheel and diffuser are predicted.The extract power and torque of a composite water turbine at different rotating speeds were calculated and analyzed for a specific flow speed.The simulation results show that using nozzle and diffuser can increase the pressure drop across the turbine and extract more power from available water energy.These results provide a fundamental understanding of the composite water turbine,and this design and analysis method is used in the design process.     

具有长引水系统的转桨式水轮机过渡过程计算

在水电站设计中,以新型调压阀及其控制系统替代传统调压井具有显著经济效益。基于自行研制的带调压阀的水轮机调速器实时仿真系统和包含水轮机、发电机、引水系统、水轮机调速器等环节在内的水轮机调节系统过渡过程计算软件,采用水轮机流量、力矩特性矩阵法表征水轮机动态特性,建立了刚性水击条件下一洞多机输水系统的数学模型;对带有主配压阀非线性特性的PID调速器,建立了带调压阀的转桨式水轮机调节系统数学模型。研究表明：通过计算只要保证水轮发电机组启动、空载扰动、带负荷、甩负荷自动调节工况下,水轮机调节系统过渡过程满足稳定运行要求,水电站就可以采用调压阀而不设调压井。最后,计算了某具有长引水系统的转浆式水轮机过渡过程,该电站水流惯性时间常数高达27 s,装有2台转桨水轮机、1台定桨式水轮机。计算结果表明,以调压阀代替调压井后,该水轮机调节系统稳定,满足调节保证要求。     

不同压力速度耦合模式下水轮机三维CFD计算对比

为研究在水轮机数值计算中不同的压力与速度耦合模式对水轮机内流场的影响。对作为研究对象的水轮机进行全流道三维建模及CFD计算。分别在流道蜗壳、转轮、尾水管内设置测点,计算在设定工况下不同压力速度耦合的流场及测点压力脉动数据。分析结果表明:PISO与Simple压力速度耦合模式下流场速度场分布相似,压力分布差异巨大,PISO模式下压力脉动为高频,Simple模式下为低频,其中Simple模式计算与实际符合较好。     

基于CFD的HL129转轮改造研究

基于改型优化方法,以某电站混流式水轮机模型机为基础,对HL129转轮进行改造。并建立从蜗壳进口到尾水管出口的全流道计算模型,采用CFD方法对其内部流动进行三维黏性数值计算,以获得水轮机内部流动特性。结果表明:优化后的转轮能够较好改善叶片表面压力分布,提高了低压区的压力值。优化后,尾水管内水力损失减小,流态顺畅,因而能量特性和空化性能都得到了改善。