间隙空化对贯流式水轮机压力脉动特性的影响

许多贯流式水电站机组振动严重、噪声大,部分电站难以正常运行。目前的贯流式水轮机稳定性研究多侧重于转速频率和涡带频率,对高倍转速频率压力脉动危害性及其成因关注较少。本文将空腔危害水力机械稳定性理论应用于灯泡贯流式水轮机间隙空化研究,采用理论分析和原、模型试验验证相结合的方法,论证分析了间隙空化和高倍转速频率压力脉动的联系。本文介绍了贯流式水轮机原、模型尾水管压力脉动和真机振动的频率特性及工况条件,指出其产生原因是转轮叶片或导叶端面间隙空化,证明1倍、2倍或3倍叶片通过频率压力脉动产生于叶片内、外侧端面间隙空化,导叶通过频率压力脉动来自于导叶端面间隙空化。

一种轴流转桨式水轮机间隙空化与翼型空化的判定方法

介绍了轴流转桨式水轮机间隙空化与翼型空化的区别,并针对轴流转桨式水轮机结合CFD数值模拟技术,对间隙空化和翼型空化的区分方法进行了探讨。

轴流式水轮机间隙空化与翼型空化差别浅谈

本文介绍了轴流式水轮机间隙空化与翼型空化的差别,并针对在轴流式水轮机模型试验中出现的特殊空化现象,通过CFD数值模拟技术进行分析,初步确定发生空化位置,采取一定的消除间隙空化措施,并在模型试验中进一步证实,该空化现象为间隙空化。

基于Omega涡识别理论的自适应空化流动模型

液体火箭发动机涡轮泵内存在多种空化类型,其发生机理有所不同,现有数值计算方法通常采用同一套模型预测所有类型空化,导致预测精度不足。为提高复杂空化流动的计算精度,提出了自适应空化流动模型。基于先进的Omega涡识别理论和ZGB空化模型建立了相变系数自适应调整方法,以涡轮泵内两种典型空化(附着空化和泄漏涡空化)为对象,利用翼型实验对模型进行了验证。首先对比了几种涡识别方法的差异,发现Omega方法对阈值不敏感且物理意义明确,适合作为相变系数的取值依据;分析了相变系数对附着空化和泄漏涡空化的影响规律及两种典型空化的形成机理。结果表明:自适应模型相比ZGB模型,对泄漏涡空化的预测精度在大间隙下提升了约181%,小间隙提升了约27%,对附着空化的预测更接近实验结果;附着空化是吸力面脱落涡形成的原因,间隙泄漏流场的涡带和剪切层空化是由间隙泄漏涡和分离涡共同作用形成的。

间隙空化流动的非定常特性研究及验证确认分析

该文利用数值模拟手段,对间隙空化流动进行了细致的数值计算与分析。为了对数值结果的可靠性进行定量化的评估,采用了基于Richardson外推法的多种CFD不确定度估计方法。在此基础上,该文利用基于拉格朗日观点的三维拉格朗日分析技术,对间隙空化流动的演变规律进行细致的分析,该研究表明,涡心内部粒子的运动在较大程度上受到梢涡空化周围流速分布及壁面效应的影响。该研究有助于加深对于间隙空化流动的进一步认识。

不同叶顶间隙对轴流泵空化性能及流场的影响

通过对南水北调工程等比例缩放模型泵进行全流道数值分析和试验研究,对模型泵在3个典型流量工况下的空化计算进行适应性研究,探究叶轮区域的空化发展特性,并对不同叶顶间隙δ(0.5,1.5和3.0mm)下的轴流泵空化特性进行对比分析,比较叶顶间隙大小对轴流泵空化性能和流场的影响.结果表明:随着空化数的降低,空化首先在叶片进口边间隙区附近发生,逐渐往叶片出口边扩大,同时沿径向往叶片背面扩大最终覆盖整个叶片,引起叶片出口靠近叶顶间隙10%区域的轴向速度逐渐降低;随着叶顶间隙的增大,模型泵的临界空化数增大,叶片轮缘处空化逐渐严重且由叶片前端往尾部移动,叶片出口轴向速度低速区主要集中在靠近间隙10%区域处,揭示了这一过程不同叶顶间隙轴流泵内部空化特性.

轴流泵叶片外缘修圆对泵性能的影响

为了改善轴流泵叶顶间隙的流动,减少其空化空蚀的发生,通过3种方案对轴流泵叶片外缘进行修圆角.利用计算流体动力学软件FLUENT对不同方案下的间隙流场进行数值摸拟研究,重点分析叶片修圆前后叶顶间隙流场的压力分布和速度分布规律.结果表明,修圆叶片压力面外缘有利于改善间隙流场的流动,可降低间隙空化空蚀的发生,而对泵的总体性能影响不大.

轴流式水轮机内流场整体三维数值解析

对轴流式水轮机从蜗壳进口至尾水管出口全流道的三维粘性数值解析问题进行了研究,详细地分析了该轴流式水轮机的能量特性及空化特性,分析该转轮引起间隙空化的主要原因.为下一步的改善其转轮空化性能提供理论基础.

螺旋离心泵叶顶间隙对空化影响的计算与分析

为了研究间隙大小对间隙空化的影响,应用计算流体力学技术(CFD)对一台螺旋离心泵在不同大小的轮缘与盖板间隙下的空化特性进行了数值模拟计算,对叶轮内部空化流场进行了分析,对该泵进行了实验研究。研究表明不同间隙的螺旋离心泵促使间隙空化发生所需的工况有所不同,该型螺旋离心泵随着汽蚀余量的降低,间隙为1.2mm的模型泵最先发生间隙空化,模型泵的间隙越接近于1.2mm,要促使发生间隙空化所需汽蚀余量越大,反之则所需汽蚀余量越小。

混流式水轮机主轴自激弓状回旋机理探讨

自激振动是一种常见的自然现象,水电站运行中最常见的当属混流式水轮机的自激弓状回旋,给机组安全稳定运行带来很大危害。混流式水轮机自激弓状回旋的研究主要集中在对其特征和规律的总结,对其形成机理的研究还相对较少。本文首先阐述了存在负阻尼是自激振动本质特征这一机理性认识,分析了间隙空化后空化、空腔作用力的变化及其负阻尼作用,提出该负阻尼作用是自激弓状回旋发生的主要源动力这一观点。通过对现有的增大迷宫间隙、向迷宫间隙处补气、减小顶盖排水等减轻自激振动措施的分析,间接证明了该观点的正确性。研究发现,常规弓状回旋公转频率和自转频率相同,但自激振动后公转频率和自转频率不同,公转频率达到临界转速频率后发生共振。本文还论证分析了自激弓状回旋和转轮转向相同、相反两种状况的启动力矩来源,发现并指出了自激弓状回旋和转轮转向相反时,振动频率等于主轴临界转速频率减转速频率这一规律。

灯泡式水轮机叶片表面空化形态的试验研究

为了研究叶片表面空化形态的演变过程,针对某灯泡式水轮机基于模型试验采集了特征水头下协联工况点的空化试验数据。流态观测与空化试验同步进行,观测整个运行范围内模型转轮叶片和间隙的空化形态并以绘制草图、拍照的形式记录相应的典型空化特性。对于第四种η-σ曲线可以从能量突变点开始确定对应的临界空化系数;叶片表面的空化形态呈现游移型气泡、片状气泡、云状气泡和超空化气泡四种空化形态,可根据叶片表面的空化形态预测可能产生空蚀的位置;间隙空化先于翼型空化出现,理论上分析了间隙空化产生的原因,提高转轮室和叶片外缘的加工精度、采用合理的较大的转轮间隙可以改善间隙空化。