液力透平偏工况下叶片表面流动分离特性研究

由于离心泵反转作液力透平缺少活动导叶等导流装置,在偏工况下其性能会急剧下降,从而限制了透平的应用。转轮作为透平回收能量的核心部件,其内部流动特性的优劣会直接影响透平性能。为探究偏工况下叶片表面流动分离特性,文章首先通过数值计算方法预测了透平在不同工况下的水力性能,并进行试验验证了数值方法的准确性。随后,基于分离奇点理论及摩擦力线的拓扑分析方法诊断了叶片表面发生流动分离的区域,并建立了叶片表面流动分离与摩擦力线奇点类型之间的相互联系。最后,通过局部流动特征揭示了流动分离产生的原因。研究结果表明:不同工况下叶片表面流动分离的发生区域不完全一致,但从流动分离类型看来,当流动分离发生在吸力面时,分离类型主要为鞍点-螺旋分离点式分离、鞍点-分离结点式分离,而当流动分离发生在压力面时,分离类型主要为鞍点-分离结点式分离。叶片表面局部摩擦力线的奇点个数越多表示区域内流动越复杂,其中回流通常起始于附着线附近,而流动分离则发生分离线附近。研究结果可为液力透平的性能提升及运行调控提供参考。

双流道泵偏工况不同叶轮外径时压力脉动

为研究偏工况下不同叶轮外径D2(101,103,105 mm)对双流道污水泵内压力脉动的影响,采用Mixture多相流模型对泵内固液两相流进行了非定常数值计算,并进行了试验验证.偏工况主要包括了小流量工况0.6Qd和大流量工况1.2Qd.结果表明,在小流量工况下,蜗壳周向压力脉动总体上均随D2增大而增大,且叶轮外径从103 mm增大到105 mm时压力脉动最大增幅达到53.2%;而在大流量工况时,除VP3,VP6和VP7点外,其余各点处蜗壳周向压力脉动均随D2增大而小幅增大.在2种流量工况下,蜗壳周向压力脉动均随角度变化剧烈震荡,同时,偏工况下较小的叶轮外径有利于减小泵内压力脉动.在固液两相流工况下,当D2为105 mm时隔舌附近各点瞬时静压值波动都很剧烈,各点压力脉动主频在0.6Qd下以低频为主,而在1.2Qd下则均是叶频,且在该工况下各点压力脉动最大幅值均随D2增大而增大.研究结果可为双流道污水泵的优化设计提供依据.

混流式水轮机偏工况运行的大涡模拟方法验证

为更准确地预测混流式水轮机在偏离最优工况时的内部流动特性和外特性,采用大涡模拟方法(LES)对其进行数值研究,针对LES方法,对比单相流计算和空化模型计算的结果.结果表明:基于空化模型的LES预测混流式水轮机内部流场比单相LES更为精确,偏工况下,多相流LES计算能捕捉到更准确的叶道涡结构和尾水管涡带结构.对比模型实验结果表明,LES计算能更好地预测水轮机的外特性,包括流量曲线和效率曲线.基于非定常的水轮机内部流动的LES,使用Q方法提取转轮区的空化叶道涡和尾水管涡带,研究叶道涡的高频运动和涡带的低频演化规律,在活动导叶开度10 mm、单位转速64.9 r/min工况下,叶道涡演化频率为转频的15倍,而涡带演化频率为转频的0.4倍,和实验结果相符合,验证了在复杂三维流动中LES方法的准确性.

水轮发电机组偏工况运行振摆试验研究

水轮发电机组在偏工况运行时常出现振摆异常情况,引起诸如“转轮叶片开裂、水轮机啸叫、机组损坏”等一系列机组不能稳定运行的问题。为研究机组在偏工况下的振摆情况,分析其对机组稳定性的影响,对某机组机架和导轴承振摆进行真机试验,通过数据处理和频谱分析,揭示了机组振摆的变化规律。试验结果划出了偏工况运行时机组的禁止、限制、稳定运行边界,获取了水轮机低频涡带区。试验结果为该电站安全稳定运行提供了建议,同时也为其他水电机组分析运行状态和划分运行范围等提供了技术方法指导和依据。

基于CEEMD-LSTM的离心泵偏工况诊断方法研究

离心泵在各行业中应用十分广泛,耗电量巨大。离心泵偏工况运行时,内部流动会趋于紊乱,导致效率下降,能耗上升。针对离心泵偏工况振动信号变化微弱和强干扰的特点,采用双通道信息融合,利用互补集合经验模态分解,对振动信号进行时序特征提取,结合长短时记忆模型智能识别,构建离心泵偏工况诊断模型。仿真信号对比不同预处理方法,凸显了互补集合经验模态分解模型的特征提取能力;验证工况状态与低频振动信号的相关性,经过试验数据对比分析,进一步验证了模型优越性,测试准确率达98.5%。该方法可以监测离心泵运行工况,保证运行效率。

双组元离心式喷注器10 N发动机偏工况试验

根据国内外同类发动机研制经验,双组元10 N发动机在入口压力为0.8~2.2 MPa范围内,入口压力偏差会使发动机真空比冲、燃气温度等性能产生较大变化。为了获得双组元离心式喷注器10 N发动机在落压推进系统要求的入口压力范围内性能,通过采用小流量喷雾试验台和42 km高模试验台,对偏工况条件下的冷态性能及热试性能进行试验研究。试验结果表明:该发动机额定入口压力1.58 MPa时真空比冲为2881 N·s/kg;当入口压力在0.6~2.5 MPa变化时,对应真空推力从4.7 N增加到14 N,落压比为3;入口压力0.6 MPa时真空比冲为2600 N·s/kg,入口压力2.5 MPa时真空比冲为2956 N·s/kg;入口压力在0.6~2.5 MPa试验范围内,发动机燃烧室壁温均低于材料许用温度,表明发动机热设计优良,可满足双组元落压推进系统对姿控发动机的性能需求。

混流式水轮机偏负荷工况内流场及压力脉动分析

为探究水光蓄互补联合发电系统中比转数混流式水轮机在偏负荷工况下机组内部流态变化和稳定性影响,在额定水头和最大水头下对国内某电站3种大开度工况采用SST k-ω湍流模型对机组进行稳态与瞬态数值计算和分析.结果表明:偏负荷工况下的转轮内部流态稳定,转轮出口与下环流道内出现流线紊乱区.尾水管内存在圆柱形的空腔涡带,涡带衍生于转轮泄水锥,并在尾水管内直锥段发展.混流式水轮机无叶区在偏负荷工况下的压力脉动主频为叶频,尾水管内部主要为幅值接近的低频脉动.研究结果揭示了水光蓄互补联合发电系统中混流式水轮机在偏负荷工况下的内部流场变化、尾水管涡带发展规律和机组压力脉动成因,为拓宽水轮机运行区间提供了建设性意见.

偏工况下贯流式水轮机叶顶间隙内部流动分析

为研究偏工况下贯流式水轮机叶顶间隙内部流动特征,以某水电站实际运行的水轮机为研究对象,基于SST k-ω湍流模型,研究水轮机在流量为308.538 m^(3)/s,间隙值为10 mm时叶顶间隙内部流场的压力和速度矢量分布以及叶顶间隙内的轴向速度和湍动能分布特性。研究结果表明:在工况3条件下,间隙为10 mm时,在叶片工作面和背面之间大压差的作用下,各个截面均出现了不同程度的流动分离和旋涡运动。从进水边到出水边,湍流强度逐渐降低,叶顶间隙中部受湍流影响较大,沿水流流动方向,各个截面轴向速度分布情况相似,在径向系数r^(*)为0.995~0.997之间时,轴向速度从工作面到背面速度绝对值逐渐增大;在径向系数r^(*)为0.997~1范围内,速度绝对值逐渐降低;在径向系数r^(*)为0.997附近出现了流动分离现象,导致流动状态恶化,湍流能量损失增加,水轮机稳定性下降。

偏航工况下潮流能水轮机性能及尾流场特性分析

潮流能发电机组在工作中,水轮机与潮流流向之间的偏航角对于机组的性能有较大影响。基于ANSYS Fluent软件采用SST k-ω湍流模型和滑移网格旋转模型对不同偏航角下水轮机进行数值模拟,分析偏航工况下水轮机性能及尾流场特性,并进行试验验证。结果表明:随着偏航角的增大,轴向力系数与功率系数降低,尾流场流速变化不对称现象趋于明显,同时造成周围流场湍流强度增大。

星用490 N发动机偏工况工作特性试验

准确掌握液体火箭发动机不同参数下的工作特性及裕度对其使用可靠性至关重要。对第二代490 N发动机开展偏工况高空模拟和地面热试车,研究了推力和混合比变化对发动机工作特性的影响。结果表明:高空模拟环境下发动机能在混合比1.54~1.80及真空推力372~584 N的较宽包络范围内正常工作。随着推力的增加,真空比冲和喉部温度均提高,燃烧室效率依次呈增大、平稳、下降的趋势,喷管效率小幅增大。随着混合比的增大,真空比冲和喉部温度也提高,燃烧室效率未发生明显变化,喷管效率微降低。额定混合比下,室压在0.61~1.56 MPa区间内波动平稳,具备真空推力345~900 N工作能力,但在0.51 MPa时产生与输送系统耦合的中低频(207 Hz)燃烧振荡。高工况引起喉部热流冲刷加剧以及温度升高会加速涂层的损失,使得发动机长程工作寿命下降,但在一定的偏离范围及单次点火时长内仍能满足卫星25000 s鉴定级寿命要求。

偏负荷工况混流式水轮机转轮结构稳定性研究

为探究偏负荷运行工况下混流式水轮机转轮结构稳定性,本文基于单向流固耦合方法,对三种典型偏负荷工况下转轮结构进行了静力学分析和模态分析。结果表明:受不稳定水流影响,80%、60%和40%负荷工况下,较大变形分别位于转轮下环、叶片出水边中部以及叶片迎水刃处中部。预应力对转轮结构影响较小,其导致固有频率增加1 Hz左右;而水介质对转轮结构影响较大,导致固有频率降低15%~36%,且得到转轮固有频率更符合工程实际。受导叶出口处水流扰动影响,转轮结构极有可能发生共振,其振型主要表现为径向、弯曲、弯扭及绕轴旋转变形,其中弯扭变形影响最大,极可能导致叶片断裂。该研究成果可为混流式水轮机柔性运行稳定性提供一定理论参考。

偏航工况下风力机尾流特性分析

采用基于涡流理论的自由尾迹模型对风力机处于偏航工况下的尾涡结构进行计算,分析其对尾流特性的影响规律。结果表明:风力机偏航运行时,尾涡呈现出非对称的偏斜结构,且尾涡偏斜角大于偏航入流角;尾涡系中,叶片附着涡对尾流的诱导影响主要在轴向和径向方向,近尾迹涡及远尾迹涡对尾流的诱导影响主要在切向和径向方向;尾流区内流动以轴向流动和径向流动为主,尾流区外流动以轴向流动和切向流动为主。

双吸离心泵多工况振动特性试验

为研究某双吸离心泵在不同工况下的振动特性,采用LMS Test.Lab测试系统对该离心泵机组进行不同工况下的壳振测试和轴振测试.共测试了该泵在5个流量工况点和5个转速下的壳振、轴振和轴心轨迹,并通过数据处理得到其壳振、轴振随流量和转速变化的频谱图.试验结果表明:壳振振动烈度随流量的增大呈现出波动,而随转速的增大整体上呈上升趋势,不同测点、不同方向的壳振大小和变化趋势不同;轴振位移峰值随流量和转速的增大而增大,但并非是线性增大;不同测点、不同方向的壳振频谱图呈现差异,显示存在较多的流致振动;轴振随流量、转速变化的趋势在相互垂直的2个方向上表现相近;流量、转速的变化对轴心轨迹有比较明显的影响.

偏航偏差角对风力机轮毂载荷的影响

偏航工况是风力机正常运行中的典型工况,为研究偏航工况下风力机轮毂载荷的特性,文章以某实验型3.0 MW机组为研究对象,通过叶片气动分析和Bladed软件仿真的方法,对不同偏航偏差角下的风力机载荷进行仿真分析,得到了风力机的输出功率及轮毂My和Mz的载荷。研究结果表明:当风力机运行在额定风速以下时,偏航偏差角的存在会降低风力机输出功率;当风力机运行在额定风速以上时,一定范围内的偏航偏差角能维持风力机满功率稳定运行。风力机在不同偏航方向下有不同的载荷表现,相比于负向的偏航偏差角,正向的偏航偏差角会导致更大的风力机轮毂载荷。该研究为大型风力机优化偏航控制及保护提供了参考。

高速强湍流风况下的风力机结构动力学响应

为研究大型风力机在高速强湍流风况下的结构动力学特性,基于NWTCUP风谱模型建立平均风速为25m/s的极限湍流三维风场,比例缩放Kelvin-Helmholtz不稳定流的数值模拟结果作为相干结构,将其加入普通湍流风场表示湍流度更强的风况,在FAST软件中分别计算加入相干结构前、后风力机的动力学特性,并仿真偏航30°、紧急顺桨停机和一直顺桨停机3种偏工况,得到各个工况下叶片和塔架载荷的动态响应.结果表明:加入相干结构后,风速在空间及时域的变化均更加剧烈,相干湍动能更大,可表示湍流强度更高的风况;加入相干结构后,风力机动力学响应加剧,其中塔基弯矩影响最大,响应幅值波动变化范围增大了1.96倍;叶片载荷主要刺激频率为风轮旋转频率,塔架响应为塔架一阶侧向振动频率;相干结构对偏工况的影响较大,在偏航和紧急停机等非稳定运行过程中,塔尖弯矩非平稳过程明显.

工程消防泵选型的探讨

消防泵的选型关系到装置和系统的安全性,正确选型意义重大。本文深入分析了消防泵的工作特点,详尽阐释了《消防泵》标准对消防泵性能与技术参数的特殊要求,即双工况点的运行特征。选型重点是由泵的可靠性出发,分别从泵型、流量参数、配套功率等方面,提出工程消防泵参数选型的办法。结合现场使用的消防泵,用典型实例予以验证。

基于流固耦合偏航工况下风力机输出功率的研究

为探索双向流固耦合与未耦合方法对偏航工况风力机输出功率的影响机制,以风力机偏航的Glauert动量定理为基础,基于双向流固耦合方法,采用理论推导与轴向流动过程相结合对输出功率进行分析,揭示了耦合与未耦合数值方法在压力场模拟的差异性、量化了轴向诱导因子对偏航工况输出功率的影响程度、总结了轴向速度分布情况。结果表明:未耦合的方法在一定程度上低估了吸力面压强的变化,耦合时风力机输出功率随偏航角增大的下降程度增大,且更接近实验功率,在偏航角10°时吻合度最高达99.4%;轴向诱导因子随输出功率的减小以0.5%的增幅增大,耦合方法的轴向诱导因子值大于未耦合方法;风轮后侧,随偏航角的增大轴向速度增大,且这种趋势沿叶展方向逐渐减弱。

可实现性k-ε模型在水轮机流场计算中的应用

本文针对目前水轮机转轮内部流场计算中存在的偏工况计算困难的问题 ,探讨了一种不同于标准k ε模型的可实现性k ε模型 (Realizablek ε )在水轮机偏工况计算中的应用。文章首先对该模型的优点进行了分析 ,然后针对某混流式转轮进行了计算 ,计算与实验结果比较表明 ,二者在设计工况附近时十分接近 ;在小开度小流量下 ,对转轮的主要特征的预测也是成功的。但小开度下计算值与实测值之间的差别也表明 ,在水轮机偏工况计算中 。

离心泵动静干涉的试验及数值研究

为了更好地揭示离心泵偏工况运行时其内部压力和速度的分布规律,本文采用试验与数值模拟相结合的方法研究离心泵内压力和速度耦合作用。数值模拟采用基于SST湍流模型的尺度自适应模拟方法进行数值计算。结果表明:受蜗壳不对称作用影响,小流量下蜗壳压力由隔舌至出口逐渐增大,大流量下与之相反,导致叶轮流道过流量出现与压力波动趋势相反的变化;偏工况时由于蜗壳压力分布不均匀导致隔舌处存在冲角,小流量下隔舌内侧存在低压区,大流量下隔舌外侧存在低压区,设计流量下蜗壳压力分布较为均匀,但在隔舌前部存在高压滞止区;偏工况下隔舌处不同的压力分布趋势,对经过隔舌的叶轮流道的流量及出口压力波动产生不同的影响。研究结果为离心泵多工况优化提供参考,具有一定的工程应用价值。

宝珠寺电站水轮机转轮裂纹成因分析

鉴于宝珠寺水电站投AGC运行后机组在低负荷及空载工况运行时长激增、转轮裂纹突出的问题,从水力设计、材料工艺及机组运行等多角度分析转轮裂纹成因,发现转轮裂纹产生的根本原因是转轮为异种钢分瓣结构,整体结构强度较低,同时转轮历经多次空蚀孔洞补焊,相关部位材料性能降低;主要原因是机组在高水头小流量工况运行时,在上冠及叶片进口背面产生脱流,引起叶片振动,同时上冠与叶片连接处为高应力集中区,长期在此工况运行将导致裂纹产生。