工况变化对贯流式水轮机叶顶间隙流态的影响

贯流式水轮机是低水头水能资源开发的主力机型之一,而转轮叶片叶顶间隙流动特性是影响其空化、稳定性能的关键因素。基于数值模拟的方法,本文研究了工况变化引发转轮叶片叶顶间隙泄漏涡初生位置、形态变化的机理,分析了间隙泄漏涡形态改变对水轮机空化、稳定性的影响规律,主要结果表明：工况变化必然伴随导叶开度变化,导叶开度的改变使得转轮叶片外缘头部冲角改变,进而对间隙泄漏涡的初生位置及三维形态产生影响;间隙泄漏涡初生位置及形态的变化是转轮叶片外缘空化特性改变的根源之一;间隙泄漏涡会提高其扫略区域内测点的压力脉动幅值,泄漏涡的影响可导致测点的压力脉动幅值提高一倍以上。     

偏工况下混流式水轮机压力脉动数值仿真及其改善措施研究

某电站混流式水轮机组在部分负荷时机组出力大幅摆动,真机试验结果显示尾水管涡带频率与发电机低频振荡频率接近,二者产生共振导致功率波动。本文采用CFD方法对该电站混流式水轮机进行了三维非定常数值模拟,对包括电站现用泄水锥、加长型泄水锥、在尾水管内安装阻尼栅、在尾水管内安装导流板等4种方案下水轮机内部非定常流动进行了仿真,对比分析了各种方案对尾水管内涡带形状和压力脉动的影响。计算结果表明:加长泄水锥能降低压力脉动的幅值,但不能改变压力脉动频率;相比于阻尼栅,在尾水管中安装导流板能更有效地改变尾水管水压力脉动的主频并减小压力脉动的幅值,且对水轮机效率的影响较小。     

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。     

偏工况下离心泵叶轮内失速特性研究

旋转失速是离心泵内部常见的一种不稳定流动现象,通常发生在小流量工况下,会引起水泵运行时的性能不稳定,严重时会引起整个泵系统的共振。采用CFD方法对某离心泵内的失速现象进行数值模拟,并从外特性曲线、内部流动状况及频域分析三个方面与已有的实验结果进行对比。采用阻塞系数来量化表达叶轮内部的失速状况。结果表明,在0.35倍最优流量（0.35Q0）下,在叶轮通道间存在着五个失速团,随着时间的推移,五个失速团在不同的通道之间以低于叶轮转频的转动频率在叶轮之间传播。对通道内部监测点的速度波动进行频域分析的结果表明,失速团的旋转频率约为叶轮转频的23.4%,即失速团的旋转角速度为叶轮转速的4.68%。而在0.41Q0工况下,由于此时造成失速的初始扰动还不足以使失速团相对于叶轮发生转动,离心泵内部出现了“固定失速”的现象。相比于旋转失速,在发生固定失速时,叶道中的阻塞系数波动较小,因此这是一种相对稳定的失速现象。同时,叶轮叶片数对失速的类型有着决定性的影响。     

侧铣不可展直纹面模具原理性加工误差计算方法

分析了侧铣不可展直纹面模具的原理性加工误差的来源及特点，提出通过计算被加工表面各点到刀具旋转轴扫掠面的距离以确定误差分布，为刀位主动补偿和后续加工提供了依据。采用有限次离散和平面替代的方法求取点到曲面之间的距离，根据求解精度要求确定曲面最小离散次数，提高了计算效率，平面替代法将问题简化为可精确求解的点到平面的距离问题。实例通过与三坐标测量结果的对比验证了算法的可靠性。     

混流式水轮机叶片自由曲面的延展

传统的木模图法在表示水轮机叶片时存在表示叶片不完整和无法引入计算机辅助设计及制造的不足，为此本文提出了基于最小二乘法的非均匀有理B样条曲线曲面延展法，解决了混流式水轮机叶片空间曲面的小区域延展问题。同时结合水轮机叶片形状特点，利用自由曲面和解析曲面的求交法确定了叶片的延展边界，实现了叶片曲面的整体造型。论文最后算例分析表明，该方法能够得到精度较高的延展曲面，同时算法稳定可靠。     

基于半径和角偏置的直纹面五坐标加工刀位生成算法

引入直纹面基线的曲率因素建立五坐标侧刃铣直纹面误差分析模型.通过研究刀轴矢量与母线、基线的空间关系提出角偏置概念,并推导出偏置角的求解方程.在此基础上提出半径和角偏置法,应用于直纹面五坐标加工刀位的计算,消除母线两端法矢异向引起的过切误差,实现对直纹面基线的精确加工,误差的总体分布也得到改善.实例分析误差分布与母线长度、法矢夹角等相关参数的关系,通过与半径偏置法进行误差分布指标量的对比证明该算法具有精度高、工艺性好等优点.     

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。     

基于动网格技术的混流式水轮机转轮内部瞬态流动数值模拟

水电站过渡过程常常引起水力机组压力脉动、振动和水锤等现象,严重影响电站的安全稳定运行。为了准确捕捉水轮机在过渡过程中的动态特性,本文区别于常规的稳态分析方法,采用CFD计算软件Fluent14.0,利用基于有限体积法的动网格技术对某混流式水轮机的活动导叶和转轮组成的单流道进行了三维瞬态流动数值模拟。真实模拟了在大波动过渡过程中转轮内部流态的变化,分析了导叶关闭过程中转轮内部压力场和速度场的变化过程。计算结果表明:动网格技术能够较好地模拟水轮机转轮内部流场的动态变化,其计算结果为三维过渡过程的研究提供了理论依据。