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基于活动导叶空蚀的混流式水轮机内流场分析
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作者 于凤荣 冉启立 +3 位作者 周明夫 潘泓江 刘宇晨 武文俊 《排灌机械工程学报》 北大核心 2025年第10期990-997,共8页
为分析活动导叶不同空蚀程度下混流式水轮机的内流场演变规律,基于HLA855a-LJ-250型水轮机,根据活动导叶不同空化空蚀发展时期,分别建立完好、麻点状空蚀凹坑、蜂窝状空蚀凹坑、连片状空蚀凹坑共4种模型.机组在额定工况下运行,采用Reali... 为分析活动导叶不同空蚀程度下混流式水轮机的内流场演变规律,基于HLA855a-LJ-250型水轮机,根据活动导叶不同空化空蚀发展时期,分别建立完好、麻点状空蚀凹坑、蜂窝状空蚀凹坑、连片状空蚀凹坑共4种模型.机组在额定工况下运行,采用Realizable k-ε湍流模型和宽频噪声模型进行稳态计算.研究结果表明:随着导叶空化空蚀程度的提升,活动导叶部件湍动能数值和范围逐渐增大,空蚀凹坑处的水流冲击、摩擦等现象是引起能量耗散的重要原因;出现空化空蚀的机组转轮负压更低,转轮更容易发生空化空蚀,尾水管流线紊乱,严重制约尾水管能量回收利用,且空蚀程度越严重,其回收效率越低;空蚀程度还与活动导叶部件的声强呈高关联性,表现为声压级的数值和分布范围与空蚀程度呈正相关.研究成果可为机组状态监测提供一定的指导与帮助. 展开更多
关键词 混流式水轮机 活动导叶 流致噪声 空化空蚀 声类比
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混流式水轮机部分负荷运行压力脉动与噪声特性
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作者 夏璞 马建军 +3 位作者 袁聪 刘斌 蒋东进 张玉全 《排灌机械工程学报》 北大核心 2025年第3期284-290,307,共8页
为研究水轮机在部分负荷工况下运行的压力脉动和噪声特性等,采用SST湍流模型并使用仿真软件对某具体水轮机模型进行不同负荷工况的数值模拟计算.结果表明:时域中从蜗壳至转轮出口处压力脉动幅值基本稳定在一个范围内,其中转轮部分压力... 为研究水轮机在部分负荷工况下运行的压力脉动和噪声特性等,采用SST湍流模型并使用仿真软件对某具体水轮机模型进行不同负荷工况的数值模拟计算.结果表明:时域中从蜗壳至转轮出口处压力脉动幅值基本稳定在一个范围内,其中转轮部分压力脉动幅值最大,尾水管进口至出口压力脉动幅值先增大后减小.频域中从蜗壳至活动导叶,主频的位置是在叶频处,且越远离转轮其主频振幅越小,转轮两侧的压力脉动频率振幅较高,说明压力脉动受动静干涉影响很大.不同负荷工况产生的噪声辐射水平和指向性分布在各个方向是相似的:声压级分布的规律相同,水轮机周围声压幅值最大,声压幅值随场点离水轮机越远而越低.在叶频处,噪声声压分布呈明显的偶极子特性,不同负荷工况的外场噪声指向性分布图中极小极大值的位置基本相同.研究结果可以为优化水轮发电机组运行技术提供理论支撑. 展开更多
关键词 混流式水轮机 数值模拟 部分负荷 压力脉动 噪声特性
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基于CFD混流式水轮机上冠空腔结构优化研究
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作者 贵辛未 牧振伟 +3 位作者 夏庆成 王新月 李泽发 张治山 《中国电机工程学报》 北大核心 2025年第7期2680-2689,I0019,共11页
为研究中高水头混流式水轮机上冠空腔结构对泄漏水特性的影响,结合新疆红山嘴一级电站工程实例,该文基于计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)技术,建立4种上冠空腔结构几何模型,采用剪切应力输运(shear stresstransport,S... 为研究中高水头混流式水轮机上冠空腔结构对泄漏水特性的影响,结合新疆红山嘴一级电站工程实例,该文基于计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)技术,建立4种上冠空腔结构几何模型,采用剪切应力输运(shear stresstransport,SST)湍流模型,对7种流量下的不同上冠空腔结构展开数值模拟。以泄漏水流态特性、顶盖排水孔排水性能、止漏环密封性能、泄水锥泄水性能为研究指标。结果表明:上冠空腔结构形式影响泄漏水流态分布,主要差别位于上冠空腔顶部和泄水孔;上冠空腔增设转轮泵有利于改善主轴密封漏水及轴向水推力过大难题;含转轮泵的上冠空腔结构较其他结构,可显著提高顶盖排水量和止漏环出口水压,降低泄水锥泄水量;针对该电站为应用顶盖排水技术,建议采用含转轮泵的上冠空腔结构,该结构可使顶盖排水量平均提高38.11%,止漏环出口压力平均提高45.98%,泄水锥泄水量平均降低38.90%。依托顶盖取水技术应用,研究不同上冠空腔结构对水轮机性能的影响。该文可为混流式水轮机节能设计提供一定参考依据。 展开更多
关键词 混流式水轮机 上冠空腔 泄漏水 转轮泵 数值模拟 优化
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混流式水轮机启停机瞬态过程流动特性
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作者 陈荣洲 刘华良 +3 位作者 陈宣有 张鑫鑫 王鹏飞 赵文胜 《排灌机械工程学报》 北大核心 2025年第4期341-347,共7页
为了揭示混流式水轮机启停机瞬态过程流动规律,为水轮机运行故障预警提供数据支撑,以滩坑水电站水轮机为研究对象,在Matlab平台下对某混流式水轮机典型启停机工况开展一维仿真计算,并基于多相流模型开展启停工况下不同进口速度及转轮转... 为了揭示混流式水轮机启停机瞬态过程流动规律,为水轮机运行故障预警提供数据支撑,以滩坑水电站水轮机为研究对象,在Matlab平台下对某混流式水轮机典型启停机工况开展一维仿真计算,并基于多相流模型开展启停工况下不同进口速度及转轮转速的数值模拟研究.研究结果表明:减小水轮机压力波动有2种方案,即启动时逐步打开导叶开度以及停机时减小导叶开度后缓慢打开;湍流强度分布随进口流速及转速变化明显,随着水轮机转轮转速增大,该现象尤为明显;由于能耗增加,水轮机出力效率逐渐减小.由于水轮机出口区域水头较高,较容易形成负压或者水流断层的现象,因此,为避免水轮机低流速下转速过高,建议机组避免在低速工况下甩负荷运行.研究结果可为混流式水轮机启停机瞬态过程故障预警提供一定理论参考. 展开更多
关键词 混流式水轮机 启停机过程 压力脉动 空化
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混流式水轮机内泥沙分布及其水力损失
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作者 郑仁胜 靳婷 +1 位作者 钱晶 曾云 《排灌机械工程学报》 北大核心 2025年第7期678-685,共8页
为预防过流泥沙对水轮机部件的损害并减小水轮机水力损失,以某型号混流式水轮机为研究对象,采用Mixture多相流模型对不同粒径(0.26,0.20,0.12 mm)泥沙工况进行数值模拟,分析泥沙在水轮机全流道内的堆积特性以及所引起的水力损失.研究结... 为预防过流泥沙对水轮机部件的损害并减小水轮机水力损失,以某型号混流式水轮机为研究对象,采用Mixture多相流模型对不同粒径(0.26,0.20,0.12 mm)泥沙工况进行数值模拟,分析泥沙在水轮机全流道内的堆积特性以及所引起的水力损失.研究结果表明:水轮机蜗壳舌部、尾水管底部以及叶片与轮毂夹角部位等区域的泥沙体积分数相对较高,其中大粒径(0.26,0.20 mm)泥沙在上述位置的体积分数分别为入口初始泥沙体积分数的10倍、5倍、5倍,易形成堆积;加入泥沙颗粒后,压降在蜗壳的增长幅度达60%以上,在转轮叶片的增长幅度超过46%;水轮机内的泥沙体积分数和液固相对速度与粒径呈正相关,大粒径泥沙导致的更大液固相对速度使得两相间的拖曳力增大,造成流体域内压降升高,水轮机效率降低.研究结果可为混流式水轮机水力特性优化以及过流部件涂层保护提供一定理论依据. 展开更多
关键词 混流式水轮机 泥沙粒径 泥沙堆积 压降 液固相对速度 数值模拟
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基于DEM-CFD的混流式水轮机粗沙水流条件泥沙磨损机制研究
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作者 黄剑峰 姚激 张蕾蕾 《农业机械学报》 北大核心 2025年第7期468-476,共9页
含沙水流条件下水轮机内部泥沙颗粒与湍流两相介质相互作用对水轮机壁面冲蚀磨损机制有重要影响。基于GPU加速耦合颗粒离散元与计算流体力学方法求解混流式水轮机内部颗粒-流体系统。通过泥沙颗粒真实外形建模,DEM-CFD耦合模拟获得水轮... 含沙水流条件下水轮机内部泥沙颗粒与湍流两相介质相互作用对水轮机壁面冲蚀磨损机制有重要影响。基于GPU加速耦合颗粒离散元与计算流体力学方法求解混流式水轮机内部颗粒-流体系统。通过泥沙颗粒真实外形建模,DEM-CFD耦合模拟获得水轮机泥沙颗粒流磨损特性。结果表明:GPU加速可节省计算成本,粗沙水流下泥沙颗粒受水流影响在尾水管内小开度工况以“短螺旋”方式运动,而大开度工况则以“长螺旋”方式运动;小开度工况球形多面体泥沙颗粒曳力最大值比球体颗粒大34.78%。大开度工况颗粒对活动导叶的碰撞强度比固定导叶大74.13%,说明其冲击磨损强于固定导叶;粒子对固定导叶的滑动距离平均最大值比活动导叶大21.43%,说明其剪切磨损强于活动导叶。活动导叶、转轮叶片和尾水管壁面磨损情况与文献试验结果及电站实际磨损一致;在汛期控制水轮机在小开度工况运行是有利的。研究结果可为改善水轮机泥沙磨损破坏提供理论参考。 展开更多
关键词 混流式水轮机 粗沙水流 DEM-CFD 泥沙磨损 数值模拟
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混流式水轮机磨损特性多目标优化设计研究
7
作者 吴迪 刘松 +4 位作者 郭鹏程 王越 安栋栋 白炳南 孙龙刚 《电网与清洁能源》 北大核心 2025年第4期120-127,共8页
水轮机过流部件磨损破坏是建设在多泥沙河流上水电站所面临的突出工程问题。为提升水轮机抗磨损性能,以水力效率和平均磨损率为目标函数,采用贝塞尔曲线拟合水轮机转轮叶片骨线来实现转轮的几何参数化,并联合克里金近似和多目标遗传算法... 水轮机过流部件磨损破坏是建设在多泥沙河流上水电站所面临的突出工程问题。为提升水轮机抗磨损性能,以水力效率和平均磨损率为目标函数,采用贝塞尔曲线拟合水轮机转轮叶片骨线来实现转轮的几何参数化,并联合克里金近似和多目标遗传算法,构建了一种多工况多目标混流式水轮机磨损特性优化设计方法。针对原始转轮在较大开度下叶片压力面和吸力面均出现显著磨损,且压力面磨损率更高,而较小开度吸力面磨损强度显著高于压力面的问题开展优化设计。优化后的转轮叶片整体向压力面偏移,在叶片展向50%高度、流向0~50%范围内叶片变形最大;水轮机在基本保证能量特性的基础上,将平均磨损率降低7.6%以上,且转轮叶片的高磨损区域明显减小。该研究可为提升水轮机抗磨损性能提供一定的参考。 展开更多
关键词 混流式水轮机 泥沙磨损 优化设计 多目标 响应关系
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混流式水轮机尾水管流动及压力脉动特性优化研究
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作者 袁聪 蒋涛 +3 位作者 王康生 邵园园 徐连琛 郑源 《中国农村水利水电》 北大核心 2025年第6期188-191,共4页
混流式水轮机尾水管涡带及压力脉动特性是机组稳定运行的最大威胁。为缓解尾水管涡带并降低压力脉动幅值,设计了两种结构优化方案,采用数值模拟的方法对尾水管内的流动特性及压力脉动特性进行了分析。通过对比发现,尽管安装导流装置或... 混流式水轮机尾水管涡带及压力脉动特性是机组稳定运行的最大威胁。为缓解尾水管涡带并降低压力脉动幅值,设计了两种结构优化方案,采用数值模拟的方法对尾水管内的流动特性及压力脉动特性进行了分析。通过对比发现,尽管安装导流装置或加沟槽后,压力脉动幅值均能有效降低,但增加尾水管导流装置的效率更高。最终认为,在尾水管中增加导流板可以有效的优化机组的稳定性,提高机组宽负荷运行性能提供解决思路。 展开更多
关键词 混流式水轮机 尾水管 涡带 压力脉动 性能优化
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中低水头混流式水轮机涡带区压力脉动研究 被引量:1
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作者 叶长红 袁玲丽 +3 位作者 谭军 龚莉 刘芮麟 邓祥平 《人民长江》 北大核心 2025年第2期158-166,182,共10页
当混流式水轮机在涡带区工况即部分负荷运行时,诱发的压力脉动偏大,易引起机组各部件的振动、噪声甚至出力波动,影响机组的安全稳定运行。以大型中低水头混流式水轮机为研究对象,针对模型试验中出现的涡带区压力脉动突然增大及振动噪声... 当混流式水轮机在涡带区工况即部分负荷运行时,诱发的压力脉动偏大,易引起机组各部件的振动、噪声甚至出力波动,影响机组的安全稳定运行。以大型中低水头混流式水轮机为研究对象,针对模型试验中出现的涡带区压力脉动突然增大及振动噪声现象,进行模型试验和三维全流道非定常数值计算(CFD)研究。结果表明:引起涡带区压力脉动突增的原因是1.35倍转频的频率成分,由粗且不稳定的尾水涡带引起;优化转轮和补气能够破坏粗且不稳定的尾水涡带,从而消除1.35倍转频的频率成分,大大降低涡带区的压力脉动幅值;匹配不同的泄水锥能够减弱尾水涡带的强度(使涡带稍微变细),涡带区的压力脉动幅值有所下降,但未能破坏涡带的形状,不能消除1.35倍转频的频率成分。研究成果为改善涡带区压力脉动提供了新的思路,在实际工程中可根据实际情况采用合适的措施。 展开更多
关键词 混流式水轮机 涡带区 压力脉动 模型试验 数值模拟
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高原环境下混流式水轮机空化特性及对压力脉动的影响
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作者 任烁 罗红英 +2 位作者 杜运鑫 乔雪晴 杨运平 《高原农业》 2025年第2期249-256,共8页
为了研究分析高原环境下空化对混流式水轮机压力脉动的影响,本文选用模型试验的方法,通过抽压来模拟高原环境,对混流式水轮机模型实验平台开展空化和压力脉动试验。结果表明,随着导叶开度的增大,模型水轮机发生空化的时间越早,并且在转... 为了研究分析高原环境下空化对混流式水轮机压力脉动的影响,本文选用模型试验的方法,通过抽压来模拟高原环境,对混流式水轮机模型实验平台开展空化和压力脉动试验。结果表明,随着导叶开度的增大,模型水轮机发生空化的时间越早,并且在转轮下方会形成小型涡带,当发展为临界空化时,机组转轮下方产生了巨型喇叭状涡带,机组运行不稳定,产生了明显的振动,且大开度比小开度产生的振感更加强烈。同时,在不同空化阶段,机组的压力脉动呈现出复杂的变化规律,在比较不同环境条件下的压力脉动数据时发现开度较小时,随着空化的发生,机组整体的压力脉动幅值增加,而在较大开度下,由于机组较早进入空化状态,气穴的生成有助于减缓压力脉动的幅度。 展开更多
关键词 混流式水轮机 高原环境 空化 压力脉动
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混流式水轮机流动特性及寿命分析 被引量:1
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作者 陈荣洲 吴锋 +4 位作者 陈宣有 张鑫鑫 顾家鑫 王鹏飞 赵文胜 《水电能源科学》 北大核心 2024年第9期162-165,161,共5页
混流式水轮机流动为一个不稳定的瞬态过程,启动和停机时的水力冲击压力脉动均会对水轮机的部件产生不利影响。为了获取水轮机内部流场及关键部位材料流场变化及压力载荷信息,以滩坑水电站水轮机为例,利用Creo 3D建模软件完成对整个水轮... 混流式水轮机流动为一个不稳定的瞬态过程,启动和停机时的水力冲击压力脉动均会对水轮机的部件产生不利影响。为了获取水轮机内部流场及关键部位材料流场变化及压力载荷信息,以滩坑水电站水轮机为例,利用Creo 3D建模软件完成对整个水轮机全流道1∶1的三维数值仿真模拟,采用Meshing构建水轮机的流体网格模型,采用Fluent进行准确计算,对不同转速下混流式水轮机进行流场分析及寿命评估。结果表明,由于水轮机的旋转作用,其接近尾水管区域负压尤为明显,随着转速的增加,其负压更加明显。随着水轮机转速的增加,尾水管边缘区域流体流速更大,且尾水管出口区域流速分布不均,更容易产生较大的阻力;转轮下方空化情况逐步剧烈,这是由于转轮后方负压区逐渐增加所致,空化区域均分布于叶片背面靠近转轴部分,水轮机叶片正面和背面压力有明显减小趋势,转轮叶片背面负压范围接近20%,因此会发生汽蚀破坏;同时转轮所受应力也在增加,应力主要集中在叶片尖端,最大应力的增加使得转轮寿命减小,更容易产生裂纹,研究结果可为实际运行提供参考依据。 展开更多
关键词 混流式水轮机 叶片 压力 空化特性 数值模拟 寿命评估
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650 MW混流式水轮机转轮应力测试研究 被引量:1
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作者 李胤 刘绪军 +3 位作者 张海库 曹登峰 李贵吉 谭晓霞 《中国水利水电科学研究院学报(中英文)》 北大核心 2024年第5期491-500,共10页
频繁启停、低负荷运行等不利工况给混流式水轮机的安全稳定运行带来了直接的威胁,由此长期积累的疲劳损害和裂纹影响了转轮寿命。本文介绍了应力测试的基本原理,讨论了应力现场测试在测点和设备布置方面的关键点,并在一台650 MW混流式... 频繁启停、低负荷运行等不利工况给混流式水轮机的安全稳定运行带来了直接的威胁,由此长期积累的疲劳损害和裂纹影响了转轮寿命。本文介绍了应力测试的基本原理,讨论了应力现场测试在测点和设备布置方面的关键点,并在一台650 MW混流式水轮机上开展了转轮叶片的应力测试及研究。测试结果表明,叶片在开机过程中承受了很大的动应力,极易导致裂纹的产生。在不同负荷范围内,水轮机的水力稳定性与叶片应力水平及特征密切相关,是制约混流式水轮机安全运行范围的重要因素之一。为保证水轮机的安全运行和长期服役,需优化现有的开机过程,并尽量使水轮机在当前水头对应的最优负荷区运行,降低转轮应力以保证运行安全。 展开更多
关键词 混流式水轮机 转轮应力 转轮裂纹 疲劳损害 宽域运行 现场测试
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基于自适应综合权重的混流式水轮机健康状态评估模型 被引量:2
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作者 张梁 王文松 +4 位作者 何勇 陈鹏 林号缙 陆帅 黄芝军 《水利水电技术(中英文)》 北大核心 2024年第4期112-120,共9页
【目的】目前,水电行业对机组状态检修的需求十分强烈,因此作为状态检修关键环节的状态评估受到了广泛关注。然而,当前健康状态评估方法存在指导检修项目优化难,确定权重时具有主观盲从性与异常指标容易被淹没的问题。因此,研究提出了... 【目的】目前,水电行业对机组状态检修的需求十分强烈,因此作为状态检修关键环节的状态评估受到了广泛关注。然而,当前健康状态评估方法存在指导检修项目优化难,确定权重时具有主观盲从性与异常指标容易被淹没的问题。因此,研究提出了基于自适应综合权重的混流式水轮机健康状态评估模型。【方法】首先,建立符合工程实际的混流式水轮机运行状态多重指标体系,分别为设备层、部件层和指标层;其次,根据混流式水轮机不同评价指标的类型,将打分值、监测值与试验值转化为状态量化值;最后,采用S-AHP(Self-adaptive Analytic Hierarchy Process)确定初始相对权重,并引入客观修正因子α来得到综合权重β,计算各个部件以及整个设备的健康值。【结果】选取某水电站3号水轮机组2021年某日的监测数据与检修数据,代入文中模型和恒权重模型,结果显示:采用模型得到当下该混流式水轮机的健康值为0.730 1,设备处于轻微病态,其中水导设备处于中度病态,相比于恒权重模型结果更符合实际。【结论】结果表明:对于混流式水轮机的健康状态评估,模型评价结果比恒权重模型更符合实际,且可以指导具体检修项目的优化,有很大的推广应用价值,为混流式水轮机的状态检修提供参考。 展开更多
关键词 混流式水轮机 自适应层次分析法 评价指标体系 权重自适应 健康状态评估 影响因素
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低水头混流式水轮机空化研究综述 被引量:2
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作者 陈弘 周庆琛 《天津农学院学报》 CAS 2024年第4期86-92,共7页
随着全球节能减排和可再生能源需求的日益增加,低水头水轮机发挥着重要作用。低水头混流式水轮机的空化空蚀现象将导致过流部件表面材料损坏,影响发电安全与效率。通过查阅国内外相关文献可知,造成水轮机空化空蚀的关键因素分为内因与外... 随着全球节能减排和可再生能源需求的日益增加,低水头水轮机发挥着重要作用。低水头混流式水轮机的空化空蚀现象将导致过流部件表面材料损坏,影响发电安全与效率。通过查阅国内外相关文献可知,造成水轮机空化空蚀的关键因素分为内因与外因,内因为水轮机的材料硬度、塑性及材料的抗空蚀性能,外因为水轮机过流部件的表面粗糙度、水轮机淹没深度、水体温度和水体中的气体含量。针对两方面原因,国内外学者讨论了改善措施以及数值模拟在研究水轮机空化空蚀的应用,认为多相瞬态流动的CFD分析对于了解水轮机流动特性和性能非常有帮助。基于满足工程实况与学科发展的需要,本文提出了未来研究混流式空化空蚀的部分参考方向,为低水头混流式水轮机空化空蚀的研究提供了一定的借鉴。 展开更多
关键词 低水头混流式水轮机 空化空蚀 不稳定性 数值模拟
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高海拔地区导叶开角对混流式水轮机效能影响初探 被引量:2
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作者 李浩 齐腾岳 +2 位作者 贾蒲云 罗红英 赖佳斯 《高原农业》 2024年第2期217-223,共7页
为了探究高海拔地区混流式水轮机在不同工况下的对厂房建筑的影响情况,对海拔2968m的某混流式水轮机试验模型选取多个工况点进行试验,通过原型观测分析不同工况下水轮机的实际运行中对厂房建筑所造成的影响。试验结果表明:当水轮机的导... 为了探究高海拔地区混流式水轮机在不同工况下的对厂房建筑的影响情况,对海拔2968m的某混流式水轮机试验模型选取多个工况点进行试验,通过原型观测分析不同工况下水轮机的实际运行中对厂房建筑所造成的影响。试验结果表明:当水轮机的导叶开角处于6°~12°时,由于整体压力及转轮流速变化不均,从而使尾水管产生了严重的偏心涡带,整个厂房建筑可以感到明显的振感,尤其是在试验台上的振感更为明显,并且可以清晰地听到明显的噪声。当导叶开角为12°~32°时,在此区间内,整体压力及流速变化较为均匀,水轮机组的运转过程也比较平稳,没有明显的振感和噪声。当导叶开角达到32°以上时,压力的整体变化比较平稳,只是在出口处突然发生紊乱,此时机组运转声音发生明显的改变,整个厂房的振感较前阶段有明显增强。 展开更多
关键词 混流式水轮机 导叶开角 2968m 效率
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混流式水轮机三维非定常流分离涡模型的精细模拟 被引量:21
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作者 黄剑峰 张立翔 +1 位作者 王文全 姚激 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2011年第26期83-89,共7页
数值模拟已成为当前研究混流式水轮机内部流场及其复杂流动机制的重要工具。基于不可压缩流体瞬态N-S方程对混流式水轮机内部三维非定常流进行精细模拟分析,以标准k-ε模型对水轮机进行全流道定常计算的结果作为初始流场,应用较新的分... 数值模拟已成为当前研究混流式水轮机内部流场及其复杂流动机制的重要工具。基于不可压缩流体瞬态N-S方程对混流式水轮机内部三维非定常流进行精细模拟分析,以标准k-ε模型对水轮机进行全流道定常计算的结果作为初始流场,应用较新的分离涡模型(detached eddy simulation,DES)和滑移网格技术进行了水轮机动静干扰的非定常湍流数值模拟,得到了偏工况下活动导叶出口及转轮叶道内涡量场及速度场分布特性。模拟了大尺度涡旋结构的卷起、发展等瞬态演化过程,结果表明DES方法可以更加全面真实地模拟水轮机内部的流动情况,捕捉到水力机械中复杂流道内的三维动态涡结构。该研究对于探讨影响水力发电机组出力摆动的水轮机涡激振动的内在机制、确保机组的安全稳定运行具有一定的参考意义。 展开更多
关键词 混流式水轮机 计算流体动力学 三维非定常湍流 分离涡模拟 数值模拟
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混流式水轮机的三维湍流流场分析与性能预测 被引量:26
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作者 辛喆 吴俊宏 常近时 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第3期118-124,I0004,共8页
用数值方法研究混流式水轮机各通流元件内部流场是优化其设计的重要手段。该文基于Navier-Stokes方程和k-ε紊流模型,采用贴体坐标和交错网格系统,用SIMPLEC算法对一模型混流式水轮机引水元件、转轮和尾水管进行了联合计算与转轮单流道... 用数值方法研究混流式水轮机各通流元件内部流场是优化其设计的重要手段。该文基于Navier-Stokes方程和k-ε紊流模型,采用贴体坐标和交错网格系统,用SIMPLEC算法对一模型混流式水轮机引水元件、转轮和尾水管进行了联合计算与转轮单流道计算,数值模拟了水轮机各通流元件内部三维湍流流场,预测了水轮机的能量性能和空化性能,并与水轮机模型试验结果进行了对比。该文的水轮机计算效率与实测效率非常接近,各工况最大相对误差为0.9%;计算的初生空化系数与实测临界空化系数之比为1.57~1.99,符合实际。研究结果表明,该文提出的多部件联合计算与转轮单流道计算相结合的方法,可节省计算资源且精度较高,并具有良好的工程适用性。 展开更多
关键词 混流式水轮机 数值模拟 流场 三维湍流 性能预测
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混流式水轮机全流道三维定常及非定常流数值模拟 被引量:28
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作者 黄剑峰 张立翔 何士华 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2009年第2期87-94,共8页
基于三维时均N-S方程对水轮机内部流动及特性进行三维数值模拟分析,首先采用标准k-ε模型在不同导叶开度工况下对水轮机进行了全流道多部件、动静耦合的定常湍流计算,获得了各工况下各过流部件内及动静部件间的流场,并预测了水轮机的能... 基于三维时均N-S方程对水轮机内部流动及特性进行三维数值模拟分析,首先采用标准k-ε模型在不同导叶开度工况下对水轮机进行了全流道多部件、动静耦合的定常湍流计算,获得了各工况下各过流部件内及动静部件间的流场,并预测了水轮机的能量和空化性能。在定常湍流计算的基础上,以其作为初始条件应用RNG k-ε模型和滑移网格技术进行了水轮机动静干扰的非定常湍流数值模拟,得到了更合理的流场分布结果。该研究对于深入了解水轮机流激振动的内在机理、改善水轮机的综合性能、提高水轮发电机组的运行稳定性具有参考价值。 展开更多
关键词 混流式水轮机 全流道 计算流体动力学 湍流数值模拟 性能预估
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混流式水轮机三维空化湍流场混合数值模拟 被引量:11
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作者 黄剑峰 张立翔 +1 位作者 姚激 曹亮 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2011年第32期115-121,共7页
基于欧拉–欧拉方法中均匀多相流假设的混合两相流体无滑移模型,加入考虑气穴影响的Schnerr and Sauer空化模型,采用标准k-ε湍流模型和压力速度耦合的SIMPLEC算法,转动区域应用多重参考系模型,对某混流式水轮机全流道进行了三维定常空... 基于欧拉–欧拉方法中均匀多相流假设的混合两相流体无滑移模型,加入考虑气穴影响的Schnerr and Sauer空化模型,采用标准k-ε湍流模型和压力速度耦合的SIMPLEC算法,转动区域应用多重参考系模型,对某混流式水轮机全流道进行了三维定常空化湍流数值模拟。利用ANSYSFLUENT,获得了该水轮机在偏工况下转轮叶道和尾水管内空泡相的主要流动特征,分析了水轮机流道内空化发生的部位与程度。计算结果表明与单相流体模型相比该方法能有效地预测水轮机内的三维空化湍流场,可以较好地模拟水轮机内真实的有空化发生的多相流动情况。 展开更多
关键词 混流式水轮机 计算流体动力学(CFD) 混合模型 空化模型 数值模拟
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卧轴双转轮混流式水轮机的优化设计 被引量:7
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作者 郑源 杨春霞 +2 位作者 周大庆 沈明辉 李效旭 《排灌机械工程学报》 EI 北大核心 2012年第3期341-345,共5页
采用CFD计算分析了国外某电站的卧轴双转轮混流式水轮机组效率较低、空化性能较差的原因:主要是流道复杂,水流不畅,导致水力损失较大.由于不允许对流道进行调整,因而只能对转轮部分进行优化研究.转轮优化从3个方面进行:采用不同的叶片... 采用CFD计算分析了国外某电站的卧轴双转轮混流式水轮机组效率较低、空化性能较差的原因:主要是流道复杂,水流不畅,导致水力损失较大.由于不允许对流道进行调整,因而只能对转轮部分进行优化研究.转轮优化从3个方面进行:采用不同的叶片翼型、调整转轮上冠线的曲度和左右转轮叶片位置.基于N-S方程和Spalart-Allmaras湍流模型,采用SIMPLIC算法,对优化后水轮机的全流道进行了三维定常湍流计算,获得了各过流部件的流动细节,预估了水轮机的性能.计算结果表明:采用Ⅲ型叶片转轮、B形上冠线,并且当左右2个转轮叶片位置不同这一方案时,水轮机过流量增大到28.55 m3/s,左转轮效率达92.24%,右转轮效率达91.78%.同时分析了计算转轮上的绝对压力值,得到了分别采用Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ型叶片转轮的空化情况,结果表明:Ⅲ型叶片转轮的空化性能最好. 展开更多
关键词 双转轮混流式水轮机 三维湍流计算 卧轴 空化 优化
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