冲击式水轮机射流干涉研究

探讨冲击式水轮机的射流干涉现象,分析了水斗在没位置的入流和出流速度三角形,指出了射流干涉对转轮效率的影响,提出提高冲击式水轮机效率的方法和途径,为冲击式水轮机的选型及结构设计提供了参考意见。     

混流式水轮机导水机构二重叶栅的流动

阐述了用计算流体动力学CFD（Computational Fluid Dynamics）技术研究水轮机导水机构二重叶栅内部流场性能变化的方法,研究了不同工况流场的速度、压力及二重叶栅能量损失的变化规律,数值解析结果与实验结果吻合。研究表明,导水机构内部流场的变化直接影响到转轮进口流动条件和水轮机运行的稳定性,数值解析结果对优化设计及安全运行具有指导作用。     

可调节活动导叶的形状解析

贯流式水轮机的活动导叶和转轮叶片都是可调节的,活动导叶开度角γG与转轮叶片角φR的协联关系相当重要,协联关系对水轮机设计及运行能够提供有效的帮助.至目前为止,γG和φR的协联关系即协联工况只能在水轮机设计完成后通过模型试验得到。本文在给定转轮叶片角φR的情况下,通过对活动导叶叶栅流道进行形状解析,进而在设计平台上预测对应协联工况开度角γG.     

转轮出流和尾水管入流的动态干涉

为了适应当前水电朝着成本更低、输出更加灵活的趋势发展,混流式水轮机在非设计工况点下运行时各水力部件之间干涉引起的流体动力作用和动态流动现象在水力设计过程中成为非常重要的一环.本文使用CFD技术获取尾水管中压力脉动情况,通过对动态能量分布的比较,陈述了转轮能量高速旋转传播造成的螺旋涡带缩胀变化,对尾水管流动的干涉作用.     

数值模拟冲击式水轮机内部非定常流动

提出了用动画解析法解析冲击式水轮机非定常内部流动的方法,此法提供了如何将非定常流动按照时间顺序离散成动画单元,并通过拉格郎日法对流体质点的加速度进行积分来求出水斗内非定常流动的分布首次解析了其内部流动.     

非定常水斗表面自由水膜的流动机理

冲击式水轮机水斗内非定常自由水膜的流动非常复杂,至今还没有足够精确的数值方法来模拟这种流动．文中分析了非定常水膜流的流动机理,根据N-S方程推导出了水斗表面流体粒子在转动坐标系中的相对运动控制微分方程,依据控制微分方程编写出了数值解析软件并对水斗内的水膜流动进行了数值模拟,定量地得到了某模型水轮机水斗内部流动的速度场、能量场．对比一系列水膜流态分布,数值解析得到的结果与试验观测结果基本相吻合,最优工况下的水力效率与模型试验数据的误差为0．33％．     

水斗曲面三维非正交贴体网格数值生成

为实现冲击式水轮机水斗内非定常流动的数值解析,需要高密度匀布非正交贴体坐标网格来拟合水斗曲面.本文开发了一种用于水斗曲面三维非正交贴体坐标匀布网格的数值生成程序,其主要算法是基于曲线与曲面的微分几何性质提出的四点投影法.程序可根据需要计算出不同密度的匀布贴体网格点.通过对两不同水斗的算例结果显示数值生成的网格很好地拟合了水斗不规则曲面,同时计算出各网格点的切向矢量和单位法向矢量.     

CFD法研究多喷嘴冲击式水轮机的射流干涉

为提高冲击式水轮机的比转速和出力,通常采用增加喷嘴数的办法,然而增加喷嘴数会引起射流干涉,降低水轮机的水力效率.文中研究了射流干涉的产生机理,通过计算相邻两射流之间的动画单元数、水斗接受最后一滴射流的动画单元数、发生射流漏损时无效射流恰与水斗分离的动画单元数以及两相邻射流相交的动画单元数,提出了相邻两射流间发生干涉的判别式.利用所提出的判别式预测了不同喷嘴数和水斗数时冲击式水轮机的射流干涉情况,所得结果证明了判别式的有效性.     

液固耦合对水轮机固定导叶振频振型的影响

通过对固液界面的压力和法向加速度的分析，并引入虚功原理的附加质量，得到弹性体在液体中的结构方程，并应用此方程对水轮机[固定导叶在水中的固有频率和固有振型进行解析，对固定导叶在运行过程中产生的共振进行了分析及预测。     

自由射流缩流机理研究

与喷到水中的水喷流(潜喷流 submerged jet)不同,喷到大气中水的喷流(自由喷流 free jet)从喷嘴喷出后会发生缩流,然后再渐渐扩散,但这种缩流的流动机理迄今都没有被非常清楚的描述。本文对喷管喷出的射流进行了详细的非定常粘性流动解析,究明了产生缩流时准自由射流区域内压能转化为动能的机理,并用数值计算方法对自由射流的缩流直径进行了预测。