灯泡贯流式水轮机在小流量工况下的内流特性分析

为了研究灯泡贯流式水轮机在小流量工况下的内流特性,以某水电站贯流式水轮机为研究对象,利用RNG k-ε湍流模型对全流道进行数值计算,分析在小流量工况下尾水管恢复系数和全流道流动情况,并定量分析水轮机部分过流部件的压力脉动情况。结果表明：在小流量工况下当电站水头和导叶开度不匹配时,尾水管的恢复系数减小,当尾水管恢复系数减小2%~3%时,机组效率降低1%;受转轮主流区和尾水管死水区的相互作用,在尾水管边壁会形成漩涡结构,有明显的回流且在边壁存在高速流体;在小流量工况下,机组主要受低频压力脉动影响,转轮进口处的主频是由在转轮转动和导叶提供机组环量时产生的,在尾水管中主要受频率为0.2 Hz的低频压力脉动影响,压力脉动系数沿尾水管出口方向依次增大,最大为1.75%。     

尾水管整流筒的直径对水轮机性能的影响

在尾水管的通道内设有前后两端开口的整流筒,通过对安装整流筒前后水轮机的水力性能进行仿真计算,得出在整流筒直径D=168 mm时水轮机效率达到最高,同时对比尾水管在4种不同条件下的流场示意图,得出当D=168 mm时,漩涡明显减少,流线从尾水管中心到出口较顺畅;进而对比分析4种不同条件下尾水管进出口湍动能、转轮及尾水管区域中心的压力记录点脉动峰峰值、转轮及尾水管区域中心的压力记录点脉动频率以及转轮叶片背面的空化区域,结果表明安装整流筒的尾水管对于动能的回收、机组稳定性的提高有利,对比未安装整流筒的尾水管,脉动变化较小,尾水管部分的脉动峰峰值较低,变化相对稳定;由于一开始选定工况的流动状况相对良好,尾水管内稳定性较高,安装整流筒后改善效果不是很明显,但整流筒的增加对转轮和尾水管内流场的稳定性非常有利,且减少了空化对机组的影响。     

循环流化床稀相区流动结构的实验研究

应用粒子动态分析仪，对方形管循环流化床的稳定段颗粒相的流动结构进行了实验研究。颗粒浓度呈中心稀，壁面附近浓，且边角效应明显；颗粒速度的垂直分量中心向上，壁面附近向下，水平分量则指出／向壁面和角落。颗粒浓度和速度分布特性证实了方形环核结构２的存在。颗粒相的湍流脉动量随着向壁面的靠近而降低，且表现出显著的各向异性特点。湍流相关脉动量在床中心大，边壁低，且在床的中心区域呈现出各向异性而在边壁区则表现了各     

水平矩形管中气固两相流的PDA实验研究

应用三维颗粒动态分析仪(3D-PDA)对方形水平管道内的气固两相流进行了测试。实验采用的颗粒为玻璃微珠，对不同工况下的水平方向(主流方向)的平均速度和湍流强度进行了讨论。发现在垂直截面上的速度分布呈上部高而下部低的分布特点，且随平均风速、颗粒体积分数和粒径的增大这种不均匀分布有加剧的趋势。湍流强度中心位置较低，而靠近壁面的位置较高，尤其是底部湍流强度更大一些。在大部分位置颗粒相的速度滞后于气相，在边壁附近特别是底部壁面附近颗粒速度较气相速度稍大。颗粒体积分数沿垂直方向上分布较均匀，越靠近壁面颗粒体积分数越高，在管道的底部和垂直壁面的交角附近颗粒体积分数最高。     

非均匀热流下水平管内混合对流大涡模拟研究

针对以槽式太阳能集热器为背景的高密度、高度非均匀热流下水平管内的混合对流换热问题,采用大涡模拟方法,研究了热流密度非均匀性对水平管内混合对流瞬态涡结构、脉动强度、湍流热通量及局部平均壁温的影响;揭示了非均匀热流下自然对流对管内湍流特性的影响规律;提出了适用于不同热边界条件下管内混合对流换热的强化措施。结果表明:均匀热流时,自然对流会抑制管顶部的湍流脉动,使流动层流化,造成传热能力局部恶化;非均匀热流时,随着自然对流的增强,近壁面速度脉动强度先减小后增大,二次流逐渐增强,换热能力逐渐提高,故管内换热能力受湍流脉动与二次流协同影响;在自然对流影响下,均匀加热时管顶部可采用针对层流的强化换热措施,非均匀加热时需着重提高管底部高热流区域的湍流脉动与涡强度。     

方形旋风分离器内气固两相流湍流特性的研究

应用三维颗粒动态分析仪（3D－PDA）对方形下排气旋风分离器内气固两相流场进行了实验研究，并对流场、脉动速度、颗粒浓度、湍动能、湍流强度等的分布做了讨论。方形旋风分离器的流动具有Rankine涡 的特点，即中心部分为强制涡区，边壁附近是准自由涡区。边角处因颗粒与壁面间的相互碰撞引起的准层流运动，并使得颗粒湍流脉动强烈，湍流动能和局部湍流强度在边角附近取得较大值，表明此时两相流耗了气流的能量较多，是造成分离器压力损失的主要区域之一。边角有利于颗粒分离。研究结果为结构优化提供了基础数据，并为今后的数值模拟研究提供了实验对比。     

W型火焰锅炉冷态模型试验及数值计算

本文针对３００ＭＷ的Ｗ型火焰锅炉冷态模型进行研究，利用热线风速仪测量炉内流场速度。得出了不同工况的炉内Ｗ型汽流流场图谱以及最佳工况下的风量配比范围，并对不同工况流场的气流速度分布规律和湍流强度分布规律以及炉内气流充满度等进行了分析。最后，本文对冷态Ｗ型气流流场进行了数值计算，得了了与试验定性吻合的计算结果.     

不同湍流模型在水轮机数值计算中的适用性探究

为探究不同湍流模型在水轮机数值计算中的适用性,运用UG三维建模软件建立混流式水轮机模型,在ICEM中分别进行网格划分,导入FLUENT软件,分别采用RNGκ-ε、Realizableκ-ε与SST三种湍流模型计算水轮机3种运行工况得转轮扭矩、尾水管测试线上的速度及监测点P的压力脉动,并与水轮机的试验数据进行对比。结果表明,SST湍流模型较适用于转轮扭矩的计算;Realizableκ-ε、RNGκ-ε、SST湍流模型各自较适用于小流量、最优及大流量工况下流场分布的计算。     

弹性地基处周期性圆形钢筋混凝土管道振动特性分析

为探究不同湍流模型在水轮机数值计算中的适用性，运用UG三维建模软件建立混流式水轮机模型，在ICEM中分别进行网格划分，导入FLUENT软件，分别采用RNG κ-ε、Realizable κ-ε与SST三种湍流模型计算水轮机3种运行工况得转轮扭矩、尾水管测试线上的速度及监测点P的压力脉动，并与水轮机的试验数据进行对比。结果表明，SST湍流模型较适用于转轮扭矩的计算；Realizable κ-ε、RNG κ-ε、SST湍流模型各自较适用于小流量、最优及大流量工况下流场分布的计算。     

多工况下高水头水泵水轮机压力脉动特性分析

为研究多工况下高水头水泵水轮机内部的压力脉动特性,以某抽水蓄能电站水泵水轮机模型为例,采用SST湍流模型对非设计工况点下的水泵水轮机进行三维全流道非定常数值模拟,同时监测了固定导叶与活动导叶间、无叶区及尾水管处的压力脉动。结果表明,对于固定导叶与活动导叶之间的区域,水轮机工况下的压力脉动主频为叶片通过频率,而水泵工况下的最高扬程和最低扬程工况的主频分别为转频和叶片数通过的频率;对于无叶区,由于受到强烈的动静干涉效应,水轮机、水泵工况下的主频均为转轮叶片数通过频率,且脉动幅值较大;对于尾水管区域,直锥段处的频率分布规律与流量有关,水轮机小流量工况下,尾水管内主要为0.3倍转频的低频压力脉动,而水轮机大流量工况下,脉动频率主要以2.6倍转频为主。     

里克管的数值模拟

提出热源周围空气不稳定的热量与声压、脉动速度之间关系的新假设.在无外加强制作用下实现里克管脉动工况数值模拟,与里克管作为自激热声装置的实际情况一致.以外流场处理方法研究里克管内流场问题,进一步研究里克管的管口效应,以降低由它引起的高强度噪声,为里克管型强化脉动燃烧、强化传热装置产品化打下基础.通过实验,验证了模拟的正确性,并分析了模拟中出现的物理现象.     

水平直管道中气体_颗粒两相流实验研究

使用多普勒激光测速仪测量了水平直管道中气体-颗粒两相流动的流场.实验中,采用三维粒子动态分析仪(Particle Dynamics Analyzer)测量了粒径在0～100 μm玻璃微珠的时均速度和脉动速度分布,颗粒相的体积分数在10-4～10-5之间.实验结果表明,即使在粒径范围为100 μm以下的颗粒,其在气相流场中的存在仍然会引起湍流流场结构的改变.实验还观察到气体-颗粒两相流动的湍流强度会随粒径的减小而增加,而且其脉动速度的分布将会在壁面附近出现脉动和随机分布的特征.     

天然气汇管噪声模拟研究

以济南市某天然气高中压站的汇管为例，基于大涡模拟和FW-H声比拟理论，对不同几何参数和运行条件下的汇管进行数值模拟，得到其流场及声信号的变化规律，并提出合理的汇管运行方式。结果显示：汇管以1#管和3#管作为进口管、流量比Q₁:Q₃=1:2、出口管曲率半径为63 mm的条件运行时，降噪效果明显，与不利工况相比，声压级的最大值降低19.6 dB，平均值降低16.7 dB，达到较好的主动降噪效果。     

水平直管道中气体一颗粒两相流实验研究

使用多普勒激光测速仪测量了水平直管道中气体一颗粒两相流动的流场。实验中，采用三维粒子动态分析仪（Particle Dynamics Analyzer）测量了粒径在0-100μm玻璃微珠的时均速度和脉动速度分布，颗粒相的体积分数在10^-4～10^-5之间。实验结果表明，即使在粒径范围为100μm以下的颗粒，其在气相流场中的存在仍然会引起湍流流场结构的改变，实验还观察到气体一颗粒两相流动的湍流强度会随粒径的减小而增加。而且其脉动速度的分布将会在壁面附近出现脉动和随机分布的特征。     

颗粒对混流式水轮机内流场及外特性的影响

为了研究颗粒对混流式水轮机内部流场和外特性的影响,采用单相和固液两相流模型对某电站的高水头混流式水轮机进行全流道非定常数值模拟,分析水轮机运行在典型工况(小流量工况、额定工况、大流量工况)时的外特性和压力脉动特性。结果表明:颗粒的存在会不同程度降低水轮机效率,平均降低1%左右。在监测点P_1(转轮与活动导叶的交界面)处,颗粒的存在不同程度增加了此处的压力脉动,小流量工况下增加幅度最大;监测点P_5(尾水管)处,小流量工况下颗粒的存在增加了此处的低频压力脉动,大流量下颗粒的存在略微削弱了此处的压力脉动幅值。     

蒸汽发生器管嘴局部阻力试验与数值研究

对蒸汽发生器一次侧进、出口管嘴的缩比模型进行了局部阻力试验,获得了进、出口管嘴的局部阻力系数.对进、出口管嘴试验模型分别建立结构网格,选用剪切应力输运(SST)湍流模型,采用Fluent软件进行了流场分析计算.结果表明:数值模拟得到的进、出口管嘴局部阻力系数与对应工况下试验结果的相对误差小于5％;随着进口管嘴与筒体轴线角度的增大,进口管嘴的局部阻力系数明显增大,在满足安装工艺的条件下,建议选用较小的进口接管角度;蒸汽发生器传热管管板进口区域的流场和压力分布均一性较差,会对蒸汽发生器各管内的质量流率分配产生不利影响;出口管嘴两出口接管的压差不平衡对体积流量分配的影响较显著.     

叶轮出口宽度对离心泵内部非定常性能的影响

为了研究多工况下不同叶轮出口宽度对离心泵非定常性能的影响,基于RNG k-ε湍流模型对叶轮出口宽度分别为11、12、13、14和15 mm的离心泵模型分别在0.8Q_d、1.0Q_d、1.2Q_d三种流量工况下进行定常和非定常的数值模拟,得到离心泵的外特性曲线、内部流场以及压力脉动特性,并进行对比分析。结果表明:离心泵的扬程随叶轮出口宽度的增加而增加,存在一个最佳的叶轮出口宽度使其效率最佳且最佳效率点向大流量点偏移;随着叶轮出口宽度的增加,叶轮截面的最大压力值呈先增加后减小再增加的趋势,小流量工况下的湍动能较大区域随叶轮出口宽度的增加由叶轮流道出口向叶轮流道中间发展;各监测点的压力脉动均呈周期性变化,压力系数随流量的增大而增大,在设计和大流量工况下,当叶轮出口宽度为13 mm时压力脉动幅值明显小于其他型式的叶轮,因此适当增大叶轮的出口宽度有利于减小离心泵的压力脉动、提高其性能。     

轴流泵优化设计及压力脉动特性研究

为探究明渠流对轴流泵装置性能的影响及提升大型低扬程轴流泵装置的整体水力性能,基于泵装置悬空高度、明渠进水池宽度、明渠出水池宽度三个参数,对大型低扬程泵装置进行三维非定常数值模拟计算,通过优化分析选出最优轴流泵装置模型,优化后的模型水力效率由81.3%提升为84.5%,进一步分析了最优轴流泵装置模型在不同流量工况下的流场特性及压力脉动特性。结果表明,小流量工况下运行的泵装置压力脉动时域特性明显优于额定流量工况和大流量工况,转轮进口及导叶进出口处测点压力脉动系数值均不超过0.01;转轮进口处三种流量工况下最大脉动系数均低于0.015,小流量、大流量工况下导叶出口处的压力脉动系数接近0,额定流量工况下导叶出口处的压力脉动系数为0.122。     

旋流对驻涡燃烧室湍流流动的影响

为分析旋流对湍流流动的影响,对并排双旋流模式以及无旋流模式下的流场进行了数值模拟。在冷态下,旋流间的相互作用主要影响回流区形态,旋流极大拓展了湍流大脉动区域,适中的旋流更利于维持双涡结构。在热态下,旋流对回流区总体强度的影响比冷态更强烈,双旋流使凹腔湍流脉动受到抑制。燃烧能显著改变凹腔回流区和旋流回流区形态,增强旋流回流区强度,缩小其尺度,但使凹腔回流区尺度和强度均明显减小。燃烧可改善双涡结构,使气流旋动比湍流脉动具有更强的轴向衰减特性。     

不同动量比对湍流穿透现象的影响

在核电工业中,T型管是一种常见的管道结构.在稳压器波动管道的T型接口处,由于主支管动量比很大,会产生湍流穿透现象.针对T型管不同动量比冷热流体混合过程中的湍流穿透现象,使用数值方法进行了研究,通过合理划分网格及设定时间步长,采用大涡模拟方法获得了管内流体的瞬时速度与温度.结果表明:当湍流穿透现象发生时,支管内速度与温度...