颗粒直径对混流泵叶轮及空间导叶磨损特性的影响

为探究颗粒直径对混流泵叶轮及空间导叶磨损特性的影响,基于颗粒轨道模型,采用RNG k-ε湍流模型和Tabakoff磨损模型,对混流泵进行固液两相流磨损数值计算.对比分析了叶轮和空间导叶区域不同颗粒直径条件下的颗粒轨迹、颗粒对壁面切应力、磨损云图及平均磨损率分布情况.结果表明:叶片进口及叶片与后盖板连接处、导叶与外壁连接处及工作面头部、背面出口区域是最容易发生磨损的位置.随着颗粒直径的增大,叶轮和空间导叶内颗粒的运行轨迹更加紧凑,叶轮区域颗粒轨迹由叶片背面逐渐靠近叶片工作面;空间导叶区域颗粒在导叶中前段主要沿着工作面运行,在导叶后段主要沿着背面运行.同时,颗粒直径越大,其对壁面的切应力越大,叶片和导叶的磨损面积越大、平均磨损率越高,并且叶片和导叶的增幅最大,说明叶片和导叶是最容易受到磨损破坏的部位,对比3种颗粒造成的平均磨损率发现,直径3 mm颗粒造成的平均磨损率比0.1 mm颗粒的大2—3个量级.

超低水头两叶片灯泡贯流式水轮机固液两相流研究

超低水头贯流式机组无论在电站增容改造方面,还是在超低水头开发方面,都具有巨大潜力。然而,水流中裹挟的泥沙会对机组运行产生不利影响,在汛期尤为严重,研究泥沙磨损问题对于机组的稳定运行具有重要意义。基于CFX平台,使用k-ε湍流模型,拉格朗日颗粒跟踪模型和Tabakoff and Grant磨损模型对2.1m超低水头下的两叶片灯泡贯流式水轮机进行了固液两相流数值模拟计算。通过实验验证数模计算的可靠性,对比单相及两相流工况下的涡流特性,探究不同泥沙浓度(Cv=1%~10%)、颗粒直径(D=0.1~1mm)对过流部件磨损位置、侵蚀率以及流动特性的影响。结论如下:在清水中加入泥沙颗粒后,泥沙颗粒对旋涡有增强作用;导叶凹面,叶片正面进水侧头部、叶片出水边、叶片轮缘,以及转轮室都是比较容易遭受磨损的部位;随着泥沙颗粒浓度、直径的增加,导叶、叶片及转轮室的磨损面积、磨损程度以及最大磨损率都呈上升趋势;相较于导叶,叶片和转轮室的磨损程度更为严重,在汛期运行时要更加注重磨损防护。

高含沙水流混流式水轮机磨蚀的数值预测与分析

为了研究高含沙水流混流式水轮机的磨蚀规律,应用SST k-ω湍流模型和Tabakoff磨蚀模型对渭河流域魏家堡水电站水轮机内部的多相流动及其磨蚀现象进行了数值模拟,预测了易发生磨蚀的部位并分析了产生磨蚀的原因.通过与电站实际运行后的水轮机磨蚀情况对比,数值模拟结果准确地预测了磨蚀发生的部位和磨蚀程度.数值模拟结果表明:磨蚀主要发生在蜗壳的隔舌、面与面连接的不光滑区域或缝隙等不规则的边界区域以及导叶和叶片的头部端面;壁面附近的流态对磨蚀有重要影响,磨蚀破坏最严重的区域为转轮出口靠近下环的叶片区域,此处的叶片弯曲的曲率较大,形成较高的速度和不稳定流动现象;尾水管中的弯肘段改变了流体的流动方向导致较为严重的磨蚀.研究成果为水轮机磨蚀的预防和抗磨蚀水轮机的优化设计提供了参考.