基于数值模拟的管道离心泵水力性能及能量耗散研究

采用雷诺时均的方法,基于SST k-ω湍流模型,开展了管道离心泵能量损失可视化的数值模拟研究。计算结果表明：叶轮内高压主要分布在叶片出口边,蜗壳内压力主要分布在隔舌和出口通道;管道离心泵的能量耗散中脉动熵产占主导地位,设计工况下管道离心泵的能量耗散最低,小流量工况的能量耗散是设计工况的3.4倍,大流量工况的能量耗散是设计工况的2.9倍;叶轮进口边、压力面、出口边以及间隙处能量耗散最大,蜗壳隔舌和出口通道内能量耗散最大。研究成果对同类水泵的低能耗设计提供了参考。     

后置灯泡贯流泵压力脉动特性数值模拟

为研究不同工况下某南水北调泵站后置灯泡贯流泵叶轮导叶压力脉动规律,通过计算流体动力学（computational fluid dynamics,CFD)对偏流量、偏水位工况叶轮导叶区压力脉动进行计算与分析,结果表明：叶轮导叶区压力脉动时域图周期性明显,叶轮叶片个数对压力脉动主次频有一定影响,叶轮导叶区主次频均为整倍数叶频,叶轮导叶区压力脉动幅值整体从轮缘到轮毂呈减小趋势,叶轮区的压力脉动幅值明显大于导叶区。非设计水位工况下叶轮导叶区压力脉动幅值略大于设计工况,主次频未发生明显变化;非设计流量工况中小流量工况与大流量工况压力脉动幅值均大于设计工况,各个监测点的小流量工况压力脉动幅值为设计工况的2~3倍,且在此工况下低频脉动明显。可见非设计工况运行对机组压力脉动幅值的影响较大,长期在非设计工况下运行严重影响机组运行效率,泵站运行应尽量避免非设计工况运行的情况。研究结论可为泵站日常运维和研究异常水力振动提参考。     

离心泵蜗壳内压力脉动特性数值分析

为揭示离心泵蜗壳流道内的压力脉动变化规律,采用雷诺时均方法(RANS),对3种工况下的离心泵内部三维非定常湍流流场进行数值计算,分析同一蜗壳断面不同位置以及沿蜗壳周向不同点的压力脉动特性。结果表明:蜗壳流道内具有非常明显的压力脉动,在各种工况下压力脉动的主频均是叶片通过频率;同一蜗壳断面上的压力脉动从蜗壳底部到蜗壳背面先减小后增大,蜗壳底部监测点的高频脉动成分较多;沿蜗壳周向,随着圆周角的增大,压力脉动减弱,隔舌附近压力脉动幅度最大,且高频脉动成分明显增加。     

水平轴潮流水轮机水力性能的数值模拟研究

采用数值模拟方法对一种带增速管的水平轴潮流水轮机的流量特性和转速特性进行了研究,并分析了增速管长径比、面积比对该水轮机水力性能的影响。计算结果表明:该潮流水轮机能量转换效率较高,同时自启动性能好,但对潮流流速变化较敏感;增速管可显著提高水轮机的水力性能,特别是输出功率;对于一定结构形式的潮流水轮机,增速管具有最佳的长径比。     

导叶相对距离对S形轴伸式贯流泵压力脉动特性的影响

为了分析不同导叶相对距离对S形轴伸式贯流泵装置压力脉动特性的影响,采用ANSYS CFX软件对4种不同导叶相对距离的泵装置进行了三维定常与非定常计算,并通过模型试验验证数值模拟计算的可靠性。结果表明:泵装置扬程与效率随导叶相对距离的增大先增加后减小,导叶相对距离对扬程的影响趋势更明显;导叶相对距离对监测点主频频率没有影响而对幅值影响较大;当导叶相对距离增大时,在导叶进口处,主频幅值逐渐减小,断面高压力脉动强度面积逐渐减小,近轮缘侧压力脉动强度变化比近轮毂侧更明显;在导叶出口处,各频幅值先减小后增大,断面高压力脉动强度面积先减小后增大;导叶相对距离为16 mm时,泵装置综合性能最优。     

叶片包角对中比转速离心泵水力振动的影响研究

为了研究叶片包角对中比转速离心泵水力振动的影响,以一台比转速为103的中比转速离心泵为研究对象,探讨叶片包角分别为116°、122°、128°的3种离心泵在不同的流量工况下的外特性特征,设计流量下叶轮流道、蜗壳流道内监测点的压力脉动特性。研究结果表明:存在一个最佳的叶片包角122°使中比转速离心泵的扬程和效率最高,且最佳效率点向大流量点偏移;叶轮流道内各监测点的压力脉动随叶片包角的增大而逐渐降低,而各压力脉动幅值随叶片包角的增大而逐渐增大;蜗壳螺旋段内的压力脉动值沿流体流动方向逐渐减弱;随着叶片包角的增加,蜗壳流道内监测点的压力值逐渐增大,隔舌监测点和出口处监测点的压力脉动幅值也同步增大,而蜗壳螺旋段内监测点的压力脉动幅值逐渐减小。综合考虑适当地增大叶片包角可以减小离心泵的水力振动。     

岩石裂隙中水流脉动压力传播的数值模拟

为了分析网络结构对裂隙水体内脉动压力传播规律的影响,引入蒙特卡罗模拟方法,通过数值模拟得到与天然裂隙网络在统计上相似的仿真裂隙网络,以此作为裂隙水的赋存空间,建立一维瞬变流模型,对脉动压力在裂隙网络中的传播进行数值模拟,得出裂隙水中脉动压力传播的非定常时间过程,以及裂隙网络中压力脉动强度的空间分布云图。模拟结果表明,岩体裂隙网络中脉动压力的传播具有显著的各向异性,裂隙中各点的瞬时脉动压力是由该点所衔接(尤其是直接衔接)的裂隙线元的水力瞬变作用以及裂隙入口干扰源、裂隙末端反射源三者共同作用的结果。     

混流式水轮机尾水管涡带及压力脉动数值模拟

应用ANSYS等相关软件对混流式水轮机进行全流道非定常数值模拟,分析了在偏工况下低流量的3种随开度不断变化的工况,模拟由部分负荷区到高部分负荷区的尾水管涡带及压力脉动的变化情况。应用CFD数值模拟,观察到尾水管随导叶不同开度变化时,尾水管涡带由双螺旋涡带到单螺旋涡带至柱状涡带的变化过程,并分析了相应工况之间的压力脉动频率及脉动幅值的变化规律。这对尾水管压力脉动产生机理的深入研究有着十分重要的意义。     

某新型灌水器流道水力性能的数值模拟

采用RNG紊流模型,对不同压力进口条件下的某新型灌水器内部流道进行了三维数值模拟,通过与实测结果进行对比,验证了所选数学模型的可靠性和正确性,并得到该新型灌水器水头损失和流量关系以及上下游压差力和流量的关系,可以为微灌灌水器的研发提供技术支撑。     

不衬砌隧洞水力劈裂三维数值模拟

1　不衬砌隧洞的前景和教训挪威的水力隧洞大都采用不衬砌形式。挪威现有 77条不衬砌隧洞的压力水道 ,其中仅有 8条发生不同程度的水力劈裂、渗水事故。不衬砌隧洞或压力水道压力有的很高 ,完建Ｔｊｏｄａｎ水电站 ,其不衬砌水道的静水头高达 890ｍ ,在建的Ｎｙｓｅｔ -ｓｔｏｇｇｉｅ水电站不衬砌压力水道竟达 10 0 0ｍ[1] 。从挪威的不衬砌隧洞和压力水道的经验来看 ,不衬砌隧洞和压力水道是可行的 ,成功的。在我国 ,总的来说地质条件与挪威的相比较差一些 ,但仍有很多地质条件很好的工程 ,在这些工程中可以采用不衬砌型式 ,不仅可以省工…     

混流式水轮机压力脉动特性研究

为探究不同长短叶片比例对混流式水轮机压力脉动特性的影响,基于流场数值模拟的计算方法,对不同长短叶片比例的混流式水轮机进行全流道三维非定常湍流计算。计算结果表明,混流式水轮机内部的压力脉动主要由转轮和导叶的动静干扰以及尾水管的低频压力脉动所致;当短叶片出口离转轮旋转轴最近点处与长叶片直径之比为0.6时,混流式水轮机效率最高,为92.66%,且该混流式水轮机各过流部件对应的压力脉动幅值以及振动幅值也最小,水力稳定性最好。对研究背景、计算方法与步骤,以及计算结果的分析等情况均作了较为详细的介绍。     

水力脉动对水电站机组及厂房结构的影响研究与振动控制综述

水力振源在某些工况下可能对机组的正常运行造成影响,同时引起厂房结构不同程度的振动,且水力振源频域分布广,作用范围大,是水力、机械、电磁3种振源中最主要的振源,因此研究水力脉动及其造成的影响有着十分重要的意义。现有的研究成果对于水力振源特性的研究主要依赖于模型试验,存在模型尺寸比例误差和测点过少等问题,对于机组及厂房结构的振动稳定性计算也过于简化。根据计算流体动力学(CFD)数值模拟方法,提出一种新的厂房水力振源研究方法,将水力振源转化为激励作用于转轮、蜗壳、尾水管部位,研究机组及厂房结构的稳定性,是未来可能的水力振源施加新方法,有着重要工程实际意义及应用前景。     

叶片包角对高比转速离心泵水力性能的影响研究

高比转速离心泵流道宽大,包角的大小将直接影响其水力性能。基于N-S方程和RNG k-ε湍流模型,对5种不同的叶片包角模型在多种工况下分别进行了数值模拟计算分析,以对不同包角下的外特性变化趋势、叶轮内部的三维流线以及湍动能变化规律进行研究。研究结果表明:(1)随着叶片包角的增大,离心泵的最高效率点表现为先增加后减小,扬程随着流量的增大而下降,当包角增大到一定限值时,下降的幅度最为明显;(2)离心泵叶轮流线在相同的流量下,随着叶片包角的增大,流线愈发平顺光滑且越趋于叶片线型时,叶轮的总压随包角的增大而逐渐减小;(3)在设计工况下,低速区主要集中在叶轮进口的叶片工作面处,随着叶片包角的增大,湍动能逐渐减小;(4)当叶片包角在110°附近时,该泵的水力性能即达到最优。研究结果可为今后对高比转速离心泵的研究提供一定的参考。     

大型水斗式水轮机配水环管水力性能数值模拟

采用商用CFD数值模拟软件对大型水斗式水轮机配水环管的水力性能进行数值模拟研究。模拟结果表明,从配水环管进口到距进口渐远的各出口的水力损失具有逐渐增大的趋势,而且从进口到各出口的平均水力损失随着流量的增大而增大。根据实际需要,对配水环管出口不同的开启组合方案进行模拟,比较后得出性能较优的组合方案,可为指导电站的高效运行提供依据。     

升力做功对离心泵水力性能的影响

分别用试验研究和数值模拟手段对离心泵内升力做功对其水力性能的影响展开了研究。研究结果表明：离心泵叶轮在相同半径下，叶片工作面的压力与吸力面之间存在压力差ΔP，由此产生升力，且随着流量的增加升力做功逐渐减小；离心泵内升力做功和离心力做功共同决定着其外特性曲线，其中，升力做功最大可达到离心力做功的90%左右，占总扬程的46%左右；在不同工况下，离心力做功基本不变，升力做功的变化则较为明显，这就决定了其外特性曲线的变化趋势。对理论计算与试验结果进行了比较，两种结果相互吻合，验证了数值模拟的正确性。     

岩体水力劈裂数值模拟研究进展

水力劈裂是岩体渗流-应力耦合研究的重要方面,涉及水电工程建设、石油开采、矿井突水防治、核废料地下处置、地下污染物运移、地应力测量等众多领域.介绍了水力劈裂模拟的PKN模型和KGD模型.模拟岩体水力劈裂的数值方法可分为连续变形数值方法和非连续变形数值方法,对连续变形数值方法的有限单元法、边界元法,以及非连续变形数值方法的流形元法、无单元法进行了分析.提出应进一步加强对岩体水力劈裂数值模拟在非线性、数值方法耦合、参数化等方面的研究.     

流道喷涂对双吸离心泵压力脉动特性影响研究

流道喷涂技术能有效提高水泵过流部件抗磨损能力并降低水力损失,但其对压力脉动特性的影响并不明确。本文采用试验的方法,对一双吸离心泵流道喷涂前后的压力脉动进行同台测试,并分析了混频幅值和频谱特性。结果表明:流道喷涂处理降低了流道粗糙度,减小了水力损失,提高了效率,但同时也改变了水泵固有的压力脉动特性。对于吸水室,喷涂处理缩小了压力脉动稳定区的范围,使小流量工况区的压力脉动峰峰值达到喷涂处理前的2.8倍,加剧了水泵在小流量工况下运行的不稳定性。对于压水室,喷涂处理使靠近隔舌区域在小流量区的压力脉动明显增加,使远离隔舌区域在大流量区的压力脉动增加。而在设计流量区域,喷涂对各个位置压力脉动影响不明显。为了使喷涂技术发挥综合效果,保证水泵运行稳定,应该尽量避免喷涂后的水泵在偏离设计流量工况运行,特别是严格避免水泵在低于0.75倍设计流量工况运行。     

氧化沟内水力特性的数值模拟研究

采用FLUENT6.3.26软件求解气液两相流,VOF(volume of fluid)法捕捉自由液面,气液两相流时均方程的求解应用标准湍流模型,速度与压力耦合方程组的求解应用半隐式算法。分析比较了氧化沟内各测线上流速沿水深方向的变化规律,将模拟结果与实验数据进行比较分析,得出两者有很好的一致性,从而验证了所选数值模型的正确性。为进一步研究氧化沟内部的流场结构和优化氧化沟的体型设计提供了参考依据。     

无压隧洞水力过渡过程数值模拟研究

水电站引水发电系统无压隧洞中的水力过渡过程是近年来电站设计中出现的一个新课题,特别是流域梯级电站开发中经常遇到.结合工程实例应用扩散法,给出了无压隧洞水力过渡过程数值模拟的基本方程以及上下游及弃水堰等边界附加方程,计算得出了无压隧洞内的水位变化过程.     

混流式水泵水轮机驼峰区压力脉动数值分析

采用DES数值模拟方法对水泵水轮机驼峰区的多个工况点进行了非定常数值模拟,并对驼峰区的压力脉动幅值和频率进行了评估,同时对驼峰区的特性及流态进行了分析。经试验对比,DES数值模拟方法能够对驼峰区压力脉动的频率做出较为准确预估,同时能对幅值进行准确的预测。