混流式水轮机叶道涡工况下转轮的流动特性分析

为了探究叶道涡工况下混流式水轮机转轮的流动特性,以某长短叶片混流式水轮机为例,选取出现叶道涡的小流量工况,基于N-S方程及RNG_(κ-ε)湍流模型对水轮机进行全流道定常和非定常流动数值模拟,分析叶道涡复杂流动对转轮内部流动的影响。结果表明,在叶道涡工况下,由于导叶出流角的减小,导致转轮叶片头部与来流发生撞击,使流道中的湍流、漩涡现象发展更加剧烈,加强了叶片压力的不均匀分布;容易产生裂纹的叶片危险部位的压力脉动频率等于转轮频率与叶片数的乘积;分布于转轮叶片靠近上冠处的叶道涡对转轮的流动影响较大,导致此处的压力脉动的频率高、振幅大,因此易产生局部的高频应力,致使转轮在该位置产生周期性的疲劳破坏。     

基于水光蓄互补联合发电系统混流式水轮机在超低出力区工况稳定性研究

鉴于水光蓄互补联合发电系统中水电站在超低出力区出现机组振动和出力摆动的问题,基于SST湍流模型,采用CFD软件对混流式水轮机在三种水头下的超低出力工况进行全流道非定常数值计算.结果表明:光伏电站对水光蓄互补联合发电系统出力变化影响大,三种关键技术的成熟运用决定系统的安全稳定运行,可采用互补补偿度表示联合发电系统补偿性能.超低出力工况的水轮机内流场流态紊乱,转轮流道内易出现叶道涡,尾水管内产生巨大的漩涡,转轮叶片出口出现回流现象.超低出力工况区的压力脉动现象明显,脉动幅值高,无叶区、转轮流道内和尾水管的压力脉动源不一致,且压力脉动频率向上和向下传播,并沿程逐渐减弱.本研究可为水光蓄互补联合发电系统水电站运行区间和水轮机优化设计提供技术支持.     

贯流式水轮机压力脉动特性及尾水管流态分析

本文以福建高唐水电站灯泡贯流式水轮机真机为研究对象,对贯流式水轮机满负荷工况、额定工况和低负荷工况进行了三维非定常数值模拟,各工况导、桨叶均为各自对应的最优协联角度,来分别研究三种工况压力脉动特性和尾水管的流动情况.结果表明,灯泡贯流式水轮机在导叶进口、转轮进口和尾水管进口压力脉动主要是受叶片通过频率影响,即由转轮旋转所引起的,而在尾水管出口主要受低频压力脉动的影响.同时,满负荷工况时,脉动幅值最小,尾水管流线相对分布均匀,形成的涡量最少,额定工况至低负荷工况,幅值越来越大,尾水管流线也越来越紊乱,漩涡数量明显增加.     

水泵水轮机启动过程转轮叶片受力分析

为了研究水泵水轮机水轮机工况启动过程转轮区域流态对叶片载荷的影响,以某水泵水轮机模型为研究对象,采用Realizable k-ε湍流模型开展水泵水轮机全流道三维数值计算,运用UDF技术和动网格方式,控制启动过渡过程活动导叶的开启过程,分析机组启动过程中转轮的转速变化,并与试验结果进行对比。结果表明：数值计算与试验结果吻合度较高,该文数值计算准确可行;启动过程中,在0~5 s区间,转轮叶道中间分布明显沿周向规律分布的叶道涡,叶道涡随开度的增加及转轮叶片来流条件的优化逐渐变小然后消失;启动过程来流与转轮叶片工作面发生冲击并在此区域形成高压区,导致叶片工作面进口位置压力载荷集中、相同半径处叶片工作面背面压力差较大。启动过程中转轮叶片来流与叶片工作面发生冲击是叶片压力载荷集中以及叶道涡的主要诱因。     

水泵水轮机在水轮机工况下转轮内不稳定流动及其演化

为了揭示水泵水轮机水轮机工况转轮内的不稳定流动及其演化过程,以模型混流式水泵水轮机为研究对象,对选定导叶开度下水轮机S特性区附近工况进行数值模拟研究,捕捉该开度下的转轮内不稳定流动并进一步揭示其产生机理.结果表明:沿等开度线,转轮内部出现了非定常涡以及旋转失速.其中,旋转失速表现出稳定的周期性特征,失速团造成通道严重阻...     

水泵水轮机甩负荷瞬态过程叶间流场分析

为研究甩负荷过渡过程水泵水轮机内流场特性,以某抽水蓄能电站水泵水轮机模型为例,采用网格壁面滑移技术与DES湍流模型对机组甩负荷过程进行三维瞬态数值模拟,基于湍动能、压力等信号提取叶间流场演变特征。结果表明,后1/3导叶域及其后流道内压力脉动剧烈,50%导叶关闭后,无叶区内形成带圆周速度的水环阻碍水流进入转轮;66.7%导叶关闭后,转轮叶间流道内出现涡旋,在较大压力梯度作用下旋转失速涡带扩散加剧流动分离,阻塞转轮流道。甩负荷过程尾水管内先充满与转轮同向的旋流,紧接着靠近内壁侧出现空腔且外壁侧旋流量减小,然后内壁侧出现与外壁侧旋向相反的回流。研究结果为良好运行性能的机组设计奠定了基础。     

水泵水轮机调相运行水环内部流动分析

水泵水轮机调相运行是抽水蓄能机组转换工况的一个重要过程,在泵工况下压水起动过程中,转轮腔体内注入压缩空气以降低泵启动所需功率。以中比转速水泵水轮机的模型为例,基于RNGκ-ε湍流模型,采用VOF多相流模型对水泵水轮机运行在泵工况压水起动阶段的水环现象进行非定常流动分析,探讨水环现象下不同冷却水流量对无叶区内部流动的影响。结果表明,空气与水在无叶区内形成明显的交界面,构成一定厚度的水环,该水环可有效阻止空气从转轮腔体内泄露至蜗壳内,起到对空气的密封作用。同时在不同冷却水流量下,无叶区内的压力脉动均呈动静干涉现象,其主频为叶片通过频率。     

水泵水轮机导叶动态水力矩特性分析

采用SST k-ω湍流模型对某高水头水泵水轮机进行全流道三维非定常数值模拟,分别对在水轮机工况和水泵工况运行下的导叶动态力矩特性进行分析。结果表明:在水轮机工况下,随着流量的增大,不同位置处导叶的动态水力矩变化规律一致,力矩值由正值变为负值,力矩脉动频率与转轮叶片数相关,流量越大,叶频影响越显著;在水泵工况下,最高扬程工况时导叶水力矩脉动频率主频为转频且脉动幅值较大,而最低扬程工况下导叶水力矩脉动主频为叶频,力矩脉动幅值较小。     

混流式水轮机功率异常波动成因分析

石门坎水电站混流式水轮机组在部分负荷下运行时,机组有功功率波动过大导致该电站无法并网发电。采用SST湍流模型对该电站水轮机在偏工况下的三维不稳定流动进行了仿真计算,重点分析了尾水内部压力脉动特性,研究发现：尾水管空腔涡带振动频率与发电机自振频率发生共振是引起机组有功功率摆动过大的主要原因。     

补气对尾水涡带及机组振动特性的影响分析

混流式水轮机的尾水管压力脉动作用力对机组动态特性有直接影响,该作用力的最主要特征指标为频率及幅值。传统公式法不能反映出主频与负荷效应的关系,因此文中着眼于对全负荷段尾水管压力脉动频率计算方法的研究,并且结合其对机组稳定性运行的影响效果进行了深入探讨。从尾水管涡带产生的机理出发,推导全负荷段尾水管压力脉动频率的计算公式,并结合在2种不同补气条件下的实测数据,对涡带特性进行深入研究,阐述了涡带对机组运行品质的影响效果。对比在2种补气工况时的实测结果,发现在压力脉动作用较为明显的负荷区间内,全负荷段压力脉动计算方法的计算结果与试验结果贴合程度较高,说明该方法可以较为准确地反映实际运行特性。补气能减少涡带的主要原理在于其能削弱脉动的相对幅值,而对脉动频率无大的改变,这对提升机组稳定性运行的效果有着直接的影响。研究结果对于分析水电机组动态特性有着积极的意义。