基于DEM法的贯流式水轮机内部鱼类损伤机理

借助压力试验探究了不同压强下有无鳞鱼的损伤情况,得出压力损伤阈值后结合离散元素法(DEM)计算灯泡贯流式水轮机内鱼体受不同损伤的概率.研究结果表明:当正压低于0.4 MPa时试验鱼均无损伤;当压力降低到-20 kPa时试验鱼出现损伤,选取-20 kPa作为压力损伤的数值模拟阈值.相同水头下,导叶开度越大,鱼体受伤概率越大;相同导叶开度下,随着水头增加,鱼体在转轮区域受压力、压力梯度和剪切损伤的概率逐渐增加,受撞击的概率逐渐减小,并且前三者增加的幅度要比撞击损伤概率减小的幅度更大.叶片撞击与负压是导致鱼体损伤的主要因素,最高损伤概率分别为18.92%和18.01%;压力梯度及剪切力是次要因素,最高概率仅为5.43%和0.0352%.

基于CFD-DEM耦合的轴流泵鱼类损伤机理数值研究

为了研究轴流泵内流特性对鱼类通过存活率的影响,基于CFD-DEM耦合模型,分析了轴流泵内流场特性和鱼类通过行为。采用球形颗粒捏合鱼体外轮廓仿真鱼体三维形状,将仿真鱼体随机注入到轴流泵进口的水体中,数值模拟鱼类通过轴流泵的运动过程,预测在各工况下鱼通过轴流泵时与叶片的撞击概率,并与叶片撞击模型的理论值进行对比,验证耦合模型的可行性。同时,考虑鱼类通过鱼类友好型泵的多种损伤因素和鱼类损伤的生物准则,探讨了轴流泵内流场的速度、加速度、压降和剪切力随DEM颗粒群位移的变化特征和规律,分析了鱼类通过轴流泵的损伤结果。数值模拟结果表明,鱼类通过鱼类友好型泵在大部分工况下的撞击概率降低了约50%,其中额定工况下的撞击概率由原型泵的68%降低到34%;泵内压力波动和剪切力对鱼类的影响区域较小,且作用时间较短,是非主要损伤因素;轴流泵叶轮叶片撞击是鱼损伤的主要原因。研究结果为大中型泵站设计鱼类友好型轴流泵提供了理论指导。