基于PRO/E的水力透平转轮实体建模的新方法

利用水力机械二元理论方法设计出一种低比转速混流式水力透平.鉴于采用其他三维造型方法给超低比转速混流式水力透平复杂的转轮叶片三维造型带来的较大误差,基于PRO/E 4.0的曲面处理能力,从叶片木模图提供的数据资料出发,将水平截面图中截线的前缘点与部分后缘点往外移动,采用读入点数据文件的方法建立叶片型面的空间样条曲线模型.为了实现实体模型的精确性,采用合并曲面的方法对叶片上冠、下环及进水边进行修型,构建出更精准的叶片空间型面,克服了以往利用木模图的二维线条直接生成转轮叶片而出现的不正常凹凸现象.利用该几何建模方法可以更进一步提高转轮内部流场数值计算、性能预测以及数控加工的准确性.

基于内流场的能量回收透平的结构优化

基于叶片式水力机械工作原理,设计出一种卧式双流道混流式水力透平机。为了对其结构进行优化,保证性能,使水能回收效率最大化,基于Navier-Stokes方程和标准的κ-ε双方程紊流模型,采用贴体坐标、非结构化四面体网格和SIMPLEC算法,对无导叶和有导叶的透平机在清水介质下的内部流场进行三维湍流数值模拟计算。研究结果表明:有导叶的水力透平机转轮叶片进口处速度环量、压力分布、叶片上的速度与压力分布以及吸出管内的流动状态都要优于无导叶的水力透平机,从而增加了转轮的能量转换指数。模拟结果为进一步研究能量回收透平机的结构提供了理论依据和实际应用参考。

基于CAD-CFD技术的水力透平转轮设计

依据水力透平转轮的给定参数,运用CAD-CFD理论对水力透平转轮进行水力模型设计与模拟分析.采用CAD技术设计并修正叶片形状;用CFD技术,基于RANS方程,采用标准k-ε湍流模型,对转轮内部三维流动进行数值模拟,分析其内部三维流动机理,预测水力透平转轮的性能.依据模拟结果和分析其流态、流场分布情况,验证转轮设计的合理性,通过优化相关几何参数,得到具有良好水力性能的模型转轮.

基于内流场的可逆式水轮机转轮设计

针对可逆式水轮机效率普遍较低这一问题,借鉴低比转速混流式水轮机的叶片设计理论,对一给定参数的可逆式水轮机进行水力设计、Pro/E三维造型.计算采用雷诺时均方程和RNGk-ε湍流模型,压力和速度耦合采用SIMPLEC算法.数值计算结果表明,可逆机水轮机工况的最优效率达到91%,水泵工况的最优效率达到82%,反复修正模型还有进一步提升的空间.

双流道水力透平的导叶优化研究

参照中开泵的结构构成机理与水轮机的转轮设计原理,开发出一种低比转速水力透平机。利用CFD软件,对添加了4种不同翼型导叶的水力透平机进行数值模拟。结果表明:头部较厚的传统导叶不利于水流绕流,在引、导水部件处能量损失严重;而在带有头部减薄的负曲率导叶的水力透平机中,具有合理的内流场分布、最优的能量回收效率,且在某一特定工况下,其水力性能远远优于拥有其他3种导叶叶型的水力透平机。

双流道水力透平的性能预测与结构优化

借鉴低比转速混流式水轮机的叶片设计原理与双吸泵的结构型式,设计出一种卧式双流道混流式水力透平机.为了对其结构进行优化,保证性能和最大化水能回收效率,又能最大限度地降低研究成本,对导水部件采用几种不同翼型导叶的方案进行了探讨.研究结果表明:利用传统的头部较厚的导叶不利于水流绕流,在导叶头部处能量损失严重,而添加头部修型的负曲率导叶的水力透平效率最优,且在小流量工况下其水力性能较其他方案好,表明该导叶应用工况范围广,选择该设计要求下水力透平的导叶,缩短了产品设计周期与节约了成本,为将来水力透平机的结构优化和性能预测提供了有益的理论和实际应用参考.

半螺旋形吸水室对离心泵压力脉动特性的影响

以某型号双吸泵为研究对象,分析了半螺旋形吸水室几何参数对离心泵内部不稳定流场压力脉动的影响。在保证吸水室基本几何参数不变的情况下,通过改变吸水室断面形状与隔舌位置而设计了2种计算方案。基于NavierStokes方程和标准的κ-ε双方程紊流模型,采用贴体坐标、非结构化四面体网格和SIMPLEC算法,分别对不同设计方案的双吸离心泵进行全流道非稳态数值计算,得到各设计方案下离心泵监测点的压力脉动特性,并对其分析。计算结果表明:方案Ⅱ随着吸水室断面形状的改变,以及隔舌位置由与水平线成90°变为45°,吸水室内监测点的压力变化时域曲线趋于均匀、平缓;在压水室中,由于隔舌处监测点主要受隔舌与叶轮的动静干涉的影响,两种方案的压力脉动情况几乎一致,而其他监测点的压力变化均匀性方案Ⅱ明显优于方案Ⅰ,从而提高了机组运行的稳定性,为进一步研究双吸离心泵吸水室的设计提供了理论和实际应用参考。

导叶对双流道水力透平机性能的影响

参考低比转速混流式水轮机的叶片设计原理与双吸泵的结构型式,设计出一种卧式双流道混流式水力透平机,对导水部件采用4种不同翼型导叶的方案进行了探讨,从定性和定量2个方面评价了各方案水力透平机性能的好坏.结果表明:利用传统的头部较厚的导叶不利于水流绕流,在引、导水部件处能量损失严重,而添加头部修型的负曲率导叶的水力透平机效率最优,且转轮叶片面上的流场分布非常理想,确定其为该设计要求下水力透平机的导叶叶型,为将来水力透平机的结构优化和性能预测提供了理论依据.

基于CAD-CREO的离心泵叶轮三维造型新方法

鉴于高比转速离心泵叶轮扭曲的叶片曲面给其三维造型带来的困难,本文结合CAD强大的二维绘图能力与CREO强大的曲面造型功能,能高效、准确地实现离心泵叶轮三维造型。以叶轮水力图为基础,在CAD软件中,参考叶片工作面与背面坐标数值分别绘制叶片轴面截线,并对数据有误的个别点进行调改,以保证轴面截线的光滑性;将CAD截线导入至CREO软件中便可精准、快速完成叶轮三维造型。为了实现三维造型的精准性,需将叶片曲面前盖板、后盖板、出口边分别延伸2~3 mm,再采用合并曲面的方法对叶片前盖板、后盖板及出水边进行修型,进而绘制精准的叶片空间曲面,有效解决了在CREO软件中利用水力图上点的坐标数据直接生成叶轮叶片截线而导致的曲面凹凸不平、绘图速度低效的问题。且在CREO软件中,能够通过导入、替换CAD轴面截线更加快速地实现一个新的叶轮整体造型,为叶轮内部流动、受力载荷数值模拟以及模具数控加工带来了极大方便。

数据驱动的泵站智能调度技术及其应用

针对泵站节能降耗的需要,提出了数据驱动的泵站智能调度技术。阐述了调度流程的核心算法和调度系统的功能组成,并以A钢铁厂的热轧车间循环冷却水系统为例,介绍了该技术的应用价值。

双吸离心泵汽蚀性能的数值分析与试验研究

基于Rayleigh-Plesset汽蚀模型和RNGk-ε湍流模型,对双吸离心泵在设计工况下的汽蚀性能进行全流道数值模拟。分析了汽蚀初生、临界汽蚀与严重汽蚀时3个工况点的叶轮内汽蚀规律,获得了叶片面上压力与叶轮流道内空泡分布图。通过试验研究,揭示了离心泵数值模拟与试验的汽蚀、无汽蚀性能曲线变化趋势一致,误差保持在8%内,验证了数值计算的可靠性,为离心泵的设计与优化提供了有益的参考。

导叶喉部面积对低比转速多级离心泵多工况设计的影响研究

为研究导叶喉部面积对低比转速多级离心泵水力性能的影响规律,在保持叶轮不变的前提下,以导叶喉部面积为变参数,设计了3个不同喉部面积的导叶,通过导叶3D打印安排试验测试。对其测试结果进行分析发现,导叶喉部面积对多级离心泵额定点效率影响显著,且其效率随喉部面积的增大而增大,最高效率点随喉部面积的增大而向大流量方向偏移;最大流量随喉部面积的增大而增大;关死点扬程随喉部面积的增大而增大。研究分析认为导叶喉部面积对水泵性能影响显著,导叶喉部面积的合理取值能够兼顾多级离心泵多工况运行的设计要求。