C型叶片转轮水泵水轮机驼峰区流动特性分析

为探究转轮叶型对水泵水轮机驼峰区流动的改善程度和影响规律,本文对模型水泵水轮机进行了预测和试验分析,然后对转轮采用C型叶片优化后的水泵水轮机性能进行预测分析,基于涡识别法讨论了转轮改型前后各过流部件在驼峰区的流动和涡旋流分布情况,揭示了优化转轮叶型对驼峰区流动的影响。研究发现,改型后水泵水轮机的驼峰范围和驼峰裕度更小,扬程随流量变化趋势更平缓。在大流量工况下,尾水管、导叶、转轮域内与优化前相比涡旋面积更小。在驼峰区工况下,尾水管出口处有来自转轮的小部分回流,但与优化前相比回流明显减少;导叶及转轮域内与优化前相比发生流动分离的区域也有所减少,在无叶区内的涡旋较优化前明显减少,说明优化转轮叶型有助于改善泵工况的驼峰特性及其内流特性。

叶轮叶片高度对旋涡泵水力性能的影响

为深入研究旋涡泵内部流体的流动机理,掌握叶轮叶片高度变化对旋涡泵性能的影响规律,通过实验测得一款闭式叶轮开式流道旋涡泵在不同叶轮叶片高度下的流量-扬程特性曲线,采用k-ε湍流模型和非结构网格对该旋涡泵进行数值模拟,通过ANSYS CFX后处理对其内部流场进行分析,研究了旋涡泵叶轮叶片高度变化对旋涡泵外特性的影响规律。结果表明:旋涡泵的模拟结果与实验数据趋势基本吻合,数值模拟方法的可靠性较高。在相同流量工况下,随着叶轮叶片高度的减小,旋涡泵内部的纵向旋涡强度逐渐减小,叶轮流道内的涡核心减少,导致旋涡泵的扬程与效率逐渐降低。研究结果可为后续旋涡泵的优化设计提供参考。

长短叶片转轮动静干涉引起的水力激振模态数值分析

本文以5个长叶片和5个短叶片转轮(活动导叶数为16)为例,通过数值计算,分析了长短叶片转轮的动静干涉引起的水力激振模态问题。结果表明,长短叶片转轮动静干涉引起的水力激振模态比较复杂。在无叶区,水力激振模态“节径”数为相应倍频数,如5倍转频对应5“节径”等;在双叶栅区,激振力模态既有长(短)叶片数的特征(如15倍转频的模态的节径数为1),又有叶片总数的特征(如20倍转频的节径数为4,且模态旋转方向与转轮旋转方向相同)。本文的研究为长短叶片转轮的水泵水轮机的结构避振提供了新的方向。

不同水头下抽水蓄能电站标准化设想与分析

为满足抽水蓄能大规模快速发展的要求,解决抽水蓄能设备供应不足等系列问题,分析了我国抽水蓄能设备标准化的难点,从我国抽水蓄能电站运行设备的参数统计规律分析出发,提出了常规叶片与长短叶片相结合的方式,实现抽水蓄能水泵水轮机转轮尺寸标准化的构想。根据水力学基本公式,论述了不同水头下抽水蓄能电站水泵水轮机转速、转轮直径标准化的机理,分析了水泵水轮机转轮标准化的优缺点。在此基础上,提出了抽水蓄能电站机电设备、厂房等的标准化整体架构。研究结果对我国抽水蓄能的标准化工作具有重要意义。

基于CFD的水泵水轮机水泵工况驼峰性能评判研究

以两个水泵水轮机模型转轮为研究对象,联合分析了单流道计算结果与模型试验结果,形成了不同转轮方案“驼峰”性能比较的CFD评判方法,对水力设计时“驼峰”性能的优化提供了理论指导,同时对转轮和活动导叶在压力系数“转折点”和“驼峰”谷点工况下进行了内部流态分析,对“驼峰”现象的产生原因有了更加深入的了解。结果表明:转轮对比时,压力系数“转折点”流量系数越小,模型试验得到的“驼峰”谷点流量系数越小,压力系数越高,“驼峰”裕度越大;活动导叶近顶盖区域的不稳定流动是单流道计算时压力系数曲线出现“转折点”的主要原因;转轮内部分流体从低压边近上冠侧向高压边近下环侧的流动导致活动导叶近底环区域产生复杂的紊流,严重堵塞了流道,导叶的过流能力下降,是水泵工况出现“驼峰”现象的内因。

水泵水轮机泵工况转轮流场分析

基于三维定常N-S方程和标准k-ε湍流模型,采用贴体坐标、结构化网格和基于有限体上的有限元法,对400m水头水泵水轮机模型转轮泵工况进行内部流场模拟,通过转轮内部有限体上的速度、压力积分求解转轮扬程、净正吸出高度和效率,从而预测转轮泵工况的能量、扬程及空化性能,并对转轮的内部流速分布、涡分布和叶片压力分布进行了分析研究。

混流可逆式转轮轴向水推力研究

可逆式转轮 (低比速混流式转轮 )在运行中受到的轴向水推力影响到机组的轴向位置稳定性、直接影响机组的安全运行 ,这是可逆式机组在运行中至今未被引起重视的问题。本文结合天荒坪可逆式转轮运用理论分析与计算以及现场测量的方法研究了影响轴向水推力的一些因素。

混流可逆式转轮密封装置的泄漏量及其对机组运行的影响

可逆式转轮 (低比速混流式转轮 )转轮密封装置的泄漏量对转轮受到的轴向水推力有很大的影响 ,本文以天荒坪转轮为例 ,探讨了泄漏量的计算方法、影响泄漏量的因素及其对机组运行的影响。

高水头水泵水轮机转轮的抗振防裂纹设计

流体激发转轮振动是目前高水头水泵水轮机稳定运行的关键问题之一。转轮的振动问题主要是由于活动导叶和转轮叶片之间形成的无叶区内不稳定流体相互作用所引发的水力激振在转轮上的力学响应。通过对叶栅干扰的产生机理分析,揭示了这种水力激振力的频率和振型决定于不同活动导叶数和转轮叶片数形成的叶栅组合方式,当转轮在水下的固有频率以及与之相对应的同相振型或反相振型同水力激振力发生耦合时,将会诱发转轮共振,并造成疲劳破坏。结果表明,选择最佳的叶栅组合可以最大限度地降低转轮发生共振的可能性,采用有限元法开展转轮结构的水下振动特性分析和控制局部高应力水平,以及保证良好的制造质量,可以有效提高转轮的抗振防裂纹能力。

水泵水轮机转轮区域脉动特性分析

为了揭示水泵水轮机转轮区域压力脉动特性,选取模型水泵水轮机为对象.基于Realizable k-ε湍流模型,对模型水泵水轮机不同运行工况进行三维非定常数值计算,研究水泵水轮机在不同水头下带部分负荷时转轮区域的脉动特性.研究结果表明:30%负荷情况下,随着水头的增加,转轮区压力脉动逐渐剧烈;在1个周期内,转轮上冠的压力脉动在时域特性上呈现周期性变化,而转轮出口轴线和与尾水管交界面处压力脉动在时域上相对紊乱;转轮上冠处压力脉动从进口边到出口边逐渐增大,其主频都为叶频,转轮出口边轴线上压力脉动都属于低频脉动,沿着负Z轴方向压力脉动幅值逐渐减小,转轮与尾水管交界面上压力脉动主频随着水头的增加逐渐减小,幅值的变化规律却相反.

基于ANSYS的混流泵转轮力学特性分析

以某双蜗壳混流泵转轮为例,采用CFX-ANSYS流固耦合分析技术对其设计工况点下,分别在空气和水中进行静力强度和模态分析,计算出其应力、位移分布和振动的固有频率。结果表明,水压力仅改变转轮的位移与应力分布,而对强度和振动频率的影响很小,为转轮的整体强度设计和振动分析提供了简化依据。

水泵水轮机转轮内水泵工况紊流分析

本文基于 N - S方程和 K—ε紊流模型 ,对于所选择的五个工况点 ,采用贴体座标系和交错网格系统 ,用 SIMPL EC算法对水泵水轮机转轮内部的紊流进行数值模拟 ,得出了转轮内部流场和压力场的分布。将计算结果用 Tecplot7进行处理 。

水泵水轮机转轮内部三维紊流流场计算与性能分析

水泵水轮机转轮可以在正反两个方向上旋转，用一个转轮分别实现水泵和水轮机工况的运行．在设计阶段提前预知转轮在两种工况下的流场以及能量特性对于提高水泵水轮机的设计水平和运行质量具有重要的意义．本文基于三维 Navier-Stokes 方程和标准 k-ε模型，采用贴体坐标和交错网格系统，用 SIMPLEC 算法分析了水泵水轮机转轮中的三维紊流流场． 对比了转轮在水轮机和水泵两种工况下的流场，同时讨论了转轮的能量特性．

水力机械转轮三维反问题研究及其新进展

着重介绍了水力机械转轮全三维反问题的研究和发展 ,分析了各设计方法的特点 ,指出了全三维反问题研究的新趋势 ,结合作者对可逆机转轮反问题的研究 。

水电机组推力轴承镜板泵及油循环冷却系统的水力优化设计

针对水电机组推力轴承镜板泵流体动力设计过程中孔的布置形式以及集油槽的断面形状、面积和出口管路直径等几何参数优化问题,提出适合镜板泵流道设计的镜板泵性能预测及优化设计方法。通过不同几何参数组合,采用基于多工况数值模拟的性能预测方法来分析镜板泵的主要过流部件的关键尺寸、形状等对其性能的影响,并在此基础上提出一种基于整个循环系统协同的镜板泵水力优化设计方法,可提高自循环系统设计中流体动力系统的性能及可靠性。对比试验表明,在原试验循环系统参数不变的条件下,某大型水电机组推力轴承镜板泵在优化设计后平均扬程提高4 m,平均效率提高5.5%,且H-Q曲线能更好保证变工况运行时系统的稳定性。

可逆转轮三维流动的涡动力学诊断研究

本文将涡动力学理论引入可逆转轮内的双向三维流动诊断中,从叶片对流体做功能力分析过流部件的设计状况,通过对沿流线的截面上总压流积分的分解,找到产生对总压不良影响的动力学根源和位置,并利用叶片表面的边界涡量流分布来分析对叶片力矩产生不良影响的区域,为改进转轮流动设计提供直接的诊断依据。

多级旋涡泵内部流动特性与压力脉动的数值分析

为了揭示旋涡泵内部流场结构和非定常压力脉动特性,研制具有开式叶轮和闭式流道结构的多级旋涡泵,基于RNG k-ω湍流模型、SIMPLEC算法与块结构化网格,对旋涡泵内部流场进行数值模拟和试验验证.通过外特性数值预测验证了该旋涡泵能够满足设计参数的要求.基于CFD数值模拟技术,对旋涡泵内部流场进行数值模拟.结果表明:随着流量逐渐增大,旋涡泵扬程呈现陡降的趋势,同时叶轮叶片的做功能力变差,叶片对液体的增压能力逐渐降低.在叶轮吸入口和压出口两侧的叶片流道内部,其速度分布和湍动能分布变化梯度较大,其他叶片流道内部速度分布和湍动能分布较为相似.叶轮流道内部叶顶区域中间流道内存在1个低速区,随着流量的逐渐增大,低速区越来越小.叶轮流道内部叶根区域中间流道内存在1个速度梯度密集区,该区域湍动能较大,即叶片流道的叶根区域存在较大的损失耗散区,随着流量的逐渐增大,该损失耗散区越来越小.分析旋涡泵各特征位置的压力脉动特性发现,在叶轮叶片不同监测位置和闭式流道不同监测位置,压力脉动频率特性较为明显,即此处会诱发较为明显的水力振动和噪声.结果揭示了旋涡泵内部流场和性能的影响机理,为旋涡泵的设计提供了理论依据.

集油槽喉部面积对镜板泵性能影响

为研究集油槽喉部面积对镜板泵性能影响,采用ANSYS CFX软件,在某镜板泵模型的集油槽基础上重新设计了3个不同喉部面积的集油槽,并与同一镜板组合进行三维数值模拟。对镜板泵外特性、集油槽内能量损失及速度分布进行对比分析。结果表明:喉部面积变化对镜板泵轴功率曲线影响很小,对扬程和效率曲线影响较大,且同时引起集油槽内能量损失大幅变化。最后提出了使镜板泵性能最优的建议。

颗粒在泵叶轮中的运动轨迹计算

首先推导出了在低Re下，颗粒在水泵静止的各通流部件及旋转的叶轮中的运动轨迹方程；然后，推导出了在高Re下，颗粒在水泵各通流部件上的运动轨迹方程，最后，计算了不同直径的颗粒在水泵叶轮中的运动轨迹。

可逆式水泵水轮机转轮的三维反问题优化设计

与常规的水泵或水轮机转轮相比,可逆式水泵水轮机转轮要兼顾水泵和水轮机2种工况下的性能,设计要求高、难度大,且影响转轮性能的设计参数较多,很难通过设计-修正-试验的方法获得2种运行工况下性能均优的可逆式水泵水轮机转轮。针对这些困难,该文将三维反问题设计、CFD计算与多目标优化策略相结合,构建了可逆式水泵水轮机转轮的优化设计系统。该设计系统不仅可缩短转轮设计周期,且能对多个运行工况下的多个目标同时进行优化。利用该优化设计系统,以叶片载荷和叶片倾角为优化变量,以水泵设计工况点的转轮效率和水轮机额定工况点的转轮效率为优化目标,以水泵设计工况的扬程为约束,对某一抽水蓄能电站的水泵水轮机转轮进行了优化设计。结果表明利用该优化设计系统能够设计出在水泵和水轮机2种运行工况下转轮水力效率均高于95%的可逆式水泵水轮机转轮,其中水泵设计工况下转轮效率提高了0.15%,水轮机额定工况下转轮效率提高了2%,表明了该优化设计系统在提高可逆式水泵水轮机转轮性能方面的可行性和有效性。该研究可为水力机械,包括水泵水轮机、常规水轮机、水泵的设计开发提供参考。