轴流式模型水轮机压力脉动试验与数值计算预测

本文将利用RNG κ-ε湍流模型对轴流式模型水轮机进行了全流道三维非定常湍流计算,预测模型水轮机的压力脉动性能.同时,本文对轴流式模型水轮机进行了压力脉动试验,通过对模型水轮机压力脉动试验结果与数值计算结果的对比,以验证数值计算预测压力脉动性能的准确性和可行性.     

轴流式水轮机摆度对压力脉动的影响

水轮机组运行中过大的振动摆度将导致轴瓦温度过高以及上、下机架和机组本身疲劳破坏,甚至导致机组的共振,将对机组的稳定运行造成很大的影响.本文以大型轴流转桨式水轮机为研究对象,在实际运行中该机组主轴的摆度在0.15～0.35 mm之间.本论文通过对轴流转桨式水轮机全流道三维非定常湍流计算,主要预测了转轮后、尾水管进口及尾水管内等几个位置在未考虑主轴摆度、主轴摆度分别为0.2 mm和0.3 mm情况下的压力脉动,对以上三种情况下产生的压力脉动结果进行了比较和分析,从而探讨了轴流式水轮机主轴摆度对压力脉动的影响.     

水泵水轮机无叶区压力脉动研究

为了研究水泵水轮机无叶区压力脉动特性,对某一电站水泵水轮机模型进行了试验,得到不同导叶开度下"S"特性及压力脉动特性。同时,利用ANSYS CFX对水泵水轮机19mm活动导叶开度下的不同工况进行了全流道非定常数值模拟,并分析了四种典型工况下水泵水轮机无叶区的压力脉动和内部流动。结果表明:水轮机工况P01,叶片吸力面附近流动分离较弱,无叶区的压力脉动较小;飞逸工况P05,流动分离加剧,形成了明显的旋涡,压力脉动较大;制动区工况P07,发生了明显的旋转失速,且频率为0.7f_n,流动呈现明显的不对称性,各流道的流量相差较大,压力脉动进一步增大;小流量工况P09,旋转失速消失,流动具有明显的对称性,压力脉动较小。该研究可为水泵水轮机的优化设计提供参考。     

离心泵导叶流道进口处压力脉动研究

为研究离心泵导叶流道进口处压力脉动的分布及传播规律,深入探究导叶式离心泵内动静干涉作用机理。试验采集某核级离心泵相邻两个导叶流道进口处压力脉动信号,并对其进行分析。结果表明:模态节径模式分析方法可以用来分析预测压力脉动主要特征频率成分,导叶流道进口处压力脉动主要为叶片通过频率及其倍频,并以此形式沿叶轮旋转方向向下传播。相同导叶流道进口处流体流动具有不均匀性,各测点压力脉动主要特征频率及最大幅值对应频率不同。压力脉动在叶片通过频率及其倍频处相关性强,随着流量增大至设计工况,压力脉动能量逐渐集中到叶片通过频率及其倍频处。研究可为降低泵内压力脉动提供一定参考。     

水泵水轮机空载开度压力脉动特性预测

为了解水泵水轮机非同步导叶启动过程空载开度下的压力脉动特性,优化机组的性能提高并网成功几率,采用RNG k-ε模型对水泵水轮机非同步导叶空载点进行模拟,并对内部流场和压力脉动特性进行了分析。结果表明,转轮与活动导叶之间的压力脉动由叶片通过频率央定,尾水管涡带的周期性旋转导致尾水管进口呈现低频压力脉动,压力脉动幅值最大处位于预开启同步导叶与转轮之间。     

两级离心泵瞬态空化流动及压力脉动特性

针对两级离心泵瞬态空化流动及压力脉动特性,基于全空化和混合两相流模型,采用RNG k-ε方法对某两级离心泵内空化流动进行数值计算,获得了叶轮内空泡分布情况及压力脉动频谱特性曲线。结果表明;随着进口压力的降低,空化区域不断扩展,空化气体体积百分比在接近临界空化点处达到最大。由于叶轮与导叶之间的正对干涉,第一级叶轮流道内各个测点压力脉动的主导频率为15倍基频。可能由于级间干涉,使得蜗壳中截面测点压力脉动的主导频率为叶频的偶数倍频;随着进口压力的降低,隔舌附近测点压力脉动幅值逐渐增加,在临界空化点附近达到极大值。     

多级离心泵内叶轮出口压力脉动研究

为研究瞬态工况下离心泵叶轮出口处的压力脉动情况,为离心泵泄漏流道流动提供边界条件,建立了包含叶轮和导叶流道的离心泵模型,基于CFD方法计算得到了其在不同工况下的性能参数,利用测试数据对结果进行了验证。分析了瞬态工况下叶轮出口处压力的变化趋势,比较了不同工况对叶轮出口压力脉动的影响,发现叶轮出口压力随叶轮旋转呈周期性变化,压力脉动频率与转速及叶轮数量有关;偏工况时叶轮出口压力脉动趋势与额定工况基本一致,但脉动频率及脉动幅值有较大区别;随离心泵转速增加,叶轮出口处压力脉动的最大值和最小值均呈减小趋势,但幅值随转速增加而增加,且增幅明显。     

混流式水轮机内部流场的三维空化湍流计算

本文通过理论分析,引入三维混合流体完整空化湍流模型,确定了混流式水轮机内部三维空化湍流计算的方法.用数值模拟手段对混流式水轮机的内部空化流场进行了计算,采用了全三维全流道的湍流计算方法,基于RNG的k-ε湍流模型和SIMPLEC算法,从蜗壳进口到尾水管出口,包含所有流道在内的整体一次完成定常.根据得到的三维空化流场数据,对转轮内部流场进行了流场分析,求得了计算临界空化系数,和试验值进行了比较;模拟了特征工况下的尾水管涡带,和试验数据进行了比较.     

水泵水轮机开机过程压力脉动的试验研究

水泵水轮机机组的压力脉动是影响机组稳定性的一个非常重要的因素,而转轮与活动导叶之间的无叶区的压力脉动具有振幅最大、振源复杂的特点。本文通过某抽水蓄能电站的真机的试验数据分析,对机组开机过程中无叶区的压力脉动进行了较为深入的研究,获得了水轮机的开机过程及水泵的开机过程中无叶区的压力脉动的幅值和频谱特性,并对其特点进行了分析。     

开敞式蜗壳轴流式水轮机湍流计算及性能预估

本文在进行模型水轮机试验的基础上,完成了开敞式蜗壳轴流式模型水轮机的全流道三维定常湍流计算。计算程序以雷诺时均连续方程和N-S方程作为控制方程,选用标准κ-ε双方程湍流模型使方程组封闭。数值求解通过CIMPLEC算法实现速度、压力的分离求解,离散差分格式具有二阶精度。通过计算获得了各过流部件的流动细节,预估了水轮机的能量性能,并与试验结果进行了比较。     

小流量条件下汽轮机多级三维粘性流场的数值分析

1绪言小流量条件下汽轮机内部流动具有比设计条件下更为复杂的特征，最突出的表现是随冲角的增大而出现的分离流、先速流。这种流态不仅影响汽轮机的运行效率，更重要的是它还与汽轮机的安全可靠性密切相关，它可能诱发叶片的失速颤振而使叶片断裂。虽然大的负攻角所引起的本级叶片的脱流现象已成共识，但对小流量条件下汽轮机内部流动的认识只有一些实验观测到的现象和二维的数值分析，并且只限于末级叶片。在文献＊中，我们对某一汽轮机低压缸末级和次末级叶片在0．35小流量工况下的两级流场进行了三维粘性数值分析，计算得到的分离流态同…     

向心透平级内流动的数值研究

本文基于三维N-S方程组,采用结构化网格,用数值方法模拟了一台75 kW微型燃气轮机中涡轮级内的流动。湍流模型采用Baldwin-Lomax模型,计算方法基于Jameson格式。结果表明:静叶流道在吸力面一侧,沿子午流线的前25％区域气流快速膨胀,而压力面在60％以后逐渐膨胀。一定的气流入口角能有效控制导叶内横向二次流动,并使得气流出口角更加均匀,其出口气流的落后角也有明显的减小。在叶轮流道内部的损失区主要集中在吸力面一侧,叶顶间隙的泄漏流动使得吸力面与叶顶间的角隅区的损失有明显加大,控制叶轮的径向间隙对控制流动损失有明显作用。     

轴流式水轮机内部空化流动的数值预测

将一种完整空化模型和一种混合流体两相流模型相结合,应用于轴流式水轮机全流道内定常空化流动的数值模拟。根据模拟结果,分别预测了水轮机在正常和较低尾水位情况下运行时,流道内空化发生的部位和程度,重点考察了尾水位的降低对水轮机空化性能的影响,为水轮机在特定运行工况下的空化性能预测提供参考。     

涡轮叶栅端壁区非定常流场显示

用氢气泡法流场显示技术,获得了不同攻角、不同径向间隙下涡轮平面叶栅端壁区内各种旋涡的发生、发展、涡－涡干涉、涡－附面层干涉的非定常流动图画,加深对涡轮端壁区流动结构的认识。     

透平叶片中的二次流旋涡结构的研究

当今在透平机械行业中的研究人员常常会被二次流旋涡结构的研究所吸引。本文作者主要用数值计算,部分地也用实验手段,试图研究、分析与讨论叶片通道中马蹄涡、通道涡、角隅涡和间隙涡等二次流旋涡的生成、演绎与发展。对于壁涡由于尺寸很小而不容易发现。现在应用弯扭叶片作为一种手段来降低叶片损失的人多了,从而需要对弯扭叶片对上述旋涡的影响进行研究。因此,本文对周向弯扭叶片的影响以及其对损失影响的机理也进行了讨论。     

垂直上升管泡状流压力波动的多尺度分析

从理想的单气泡运动物理模型和离散正交小波与统计相结合的信号处理技术研究了泡状流压力波动的机理与多尺度时频规律,得到以下结论:泡状流的压力波动主要来源于气泡的运动和诱导湍流及液相湍流,其中在低流速下前者产生的压力波动幅度大于后两者;存在一个临界频率,低于该频率压力信号均方根随频率的增加而增加,高于该频率压力信号均方根随频率的增加而减小;发生流型转变时压力信号的时频特征发生明显改变,最大均方根出现在更低的频率区。     

汽封泄漏流动对透平叶片级通道

本文采用作者发展的叶轮机械通用计算程序GAP10程序对带汽封结构反动式透平叶片级流场进行三维数值模拟,分析了汽封泄漏流动进入叶栅通道后动叶片通道的流场结构,并讨论了泄漏流动对通道二次流动发展方式的影响.     

跨音压气机转子叶尖间隙复杂流动观测

本文利用高频响动态压力传感器,在文献［１］的基础上,对ＷＰ１１压气机转子叶尖间隙 流场进行了流场测量。测试包括三个转速多个节流条件下的间隙流场。测试结果表明：激波总体位 置随节流加深而向上游移动,但吸力面最小压力点基本维持在４０％或２０％弦长处不变。当激波位 置在该点之后时,二次漏流直接冲击激波结构;当激波位置在该点之前时,激波结构基本只受前缘 漏流的影响。     

低压蒸汽透平排汽缸内三维粘性流动的数值模拟

采用三维粘性流场求解软件Fine／TURBO[1]对低压蒸汽透平下游排汽缸内的复杂流动进行数值模拟。计算中使用了Jameson的Runge-Kutta中心差分格式[2]和Baldwin-Lomax的代数湍流模型、计算结果同部分实验结果进行了对比,表明数值模拟揭示了排汽缸内复杂的旋涡结构,以及影响排气缸内压力恢复和总压损失的主要因素。