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1000 MW水轮机转轮径向安装偏差对流动特征的影响

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水力发电学报 2024年第5期43卷 35-42页

作者：吴思源王一凡刘兴民黄星星杜清玭周凌九陈端王正伟中国三峡建工(集团)有限公司四川宁南615400 中国农业大学水利与土木工程学院北京100083 瑞华智慧能源有限公司瑞士苏黎世8706 北京市供水管网系统安全与节能工程技术中心北京100083 清华大学能源与动力工程系北京100084 清华大学水圈科学与水利工程全国重点实验室北京100084

本文以百万千瓦混流机组为研究对象,使用ANSYS软件进行三维全流道稳态数值分析。探究在额定工况下,当转轮出现Y轴负方向0.1 mm、0.3 mm、0.5 mm、1.5 mm、2.5 mm的径向安装偏差时,间隙分布不均匀对于百万千瓦大型水轮机组内部流动特征... 详细信息

本文以百万千瓦混流机组为研究对象,使用ANSYS软件进行三维全流道稳态数值分析。探究在额定工况下,当转轮出现Y轴负方向0.1 mm、0.3 mm、0.5 mm、1.5 mm、2.5 mm的径向安装偏差时,间隙分布不均匀对于百万千瓦大型水轮机组内部流动特征的影响。研究发现,在一定偏差数值内,随着间隙的减小,该区域压力逐渐上升,但超过该数值以后,流体无法流入则变为了低压区。另外,上冠腔和下环腔均出现了相同数量的旋涡演变周期,但旋涡的发生位置不同,上冠腔旋涡较剧烈,且数量与叶片数呈非整数倍关系。最后阐明了下环腔内壁面受到的旋涡流动冲击程度要大于上冠腔内壁面。因此,本研究可以应用于其他大中型混流式水轮机的设计与安装,对于提高水轮机运行质量、降低运行成本和提高水电站效益具有重要意义。

关键词：百万千瓦转轮混流式机组径向安装偏差流动特征计算流体力学

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微喷带喷孔水量分布模型构建

农业工程学报 2022年第10期38卷 93-101页

作者：汪小珊徐云成严海军周凌九檀海斌中国农业大学水利与土木工程学院北京100083 北京市供水管网系统安全与节能工程技术研究中心北京100083 国家半干旱农业工程技术研究中心石家庄050051

喷孔水量分布是影响微喷带喷洒均匀性的重要的喷洒特性。该研究旨在考虑水分分布构建一种有效的水量分布模型。研究选取一种常用微喷带,开展喷孔水量分布试验,考虑其单峰和双峰分布特征,建立了二维正态分布模型,明确了模型参数的物理意... 详细信息

喷孔水量分布是影响微喷带喷洒均匀性的重要的喷洒特性。该研究旨在考虑水分分布构建一种有效的水量分布模型。研究选取一种常用微喷带,开展喷孔水量分布试验,考虑其单峰和双峰分布特征,建立了二维正态分布模型,明确了模型参数的物理意义,分析了压力、喷射角度、喷孔面积对模型参数的影响。结果表明,该模型能较好地拟合试验中微喷带喷孔的单峰和双峰水量分布,拟合峰值与试验峰值相对误差小于15%,决定系数高于0.80。研究还发现,压力对单峰峰值的影响较小,主要改变了双峰分布中垂直微喷带方向的峰值位置和喷洒水量分布范围。随着喷射角度增大,喷孔的喷洒区域向喷孔方向靠近,在压力为69.0 kPa时,单峰峰值在喷射角度约57.5°时开始递增,垂直微喷带方向的喷洒水量分布范围越来越集中。喷孔的喷洒区域和喷洒水量分布范围随着喷孔面积的增大逐渐增大,较小的喷射角度和较大的喷孔面积使喷孔的水量分布更复杂。研究提出的喷孔水量分布的单双峰二维分布模型,可为微喷带的研制和喷孔的优化加工提供理论参考。

关键词：灌溉模型试验微喷带水量分布单双峰分布

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户用微型轴伸贯流式水轮机优化

水力发电学报 2012年第5期31卷 260-265页

作者：范小付周凌九张昕中国农业大学水利与土木工程学院北京10083

目前,我国微型水轮机设计普遍处于利用中小型水轮机模型换算的阶段,由于比尺效应的影响,换算过来的水轮机与原始水轮机性能相差较大。本文运用CFD技术,基于RNG k-ε双方程湍流模型和三维时均N-S方程,对某户用微型轴伸贯流式水轮机进行... 详细信息

目前,我国微型水轮机设计普遍处于利用中小型水轮机模型换算的阶段,由于比尺效应的影响,换算过来的水轮机与原始水轮机性能相差较大。本文运用CFD技术,基于RNG k-ε双方程湍流模型和三维时均N-S方程,对某户用微型轴伸贯流式水轮机进行了三维全流道流场数值模拟,找出了主要水力损失部位。并通过对转轮叶片及导叶进行修形和改变轴伸形式等方法对原始水轮机进行优化。优化后的水轮机与原始水轮机相比,流场得到明显改善、效率较原始水轮机提升了22.7%。

关键词：水力机械户用微型水轮机数值模拟优化设计

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射流泵液固两相流特性三维大涡模拟

排灌机械工程学报 2012年第5期30卷 522-526页

作者：周凌九袁玲丽中国农业大学水利与土木工程学院北京100083

为研究射流泵的三维液固两相流动特性,应用计算流体动力学(CFD)方法模拟其内部流动特征.采用LES方法和混合模型对射流泵在输送固体颗粒时的三维流场进行了数值模拟,分析了不同的固体颗粒直径、固相初始体积分数及流量比等参数对射流泵... 详细信息

为研究射流泵的三维液固两相流动特性,应用计算流体动力学(CFD)方法模拟其内部流动特征.采用LES方法和混合模型对射流泵在输送固体颗粒时的三维流场进行了数值模拟,分析了不同的固体颗粒直径、固相初始体积分数及流量比等参数对射流泵液固两相射流的湍射流场及射流泵基本特性的影响.结果表明:在较小的流量比条件下,固液两相流射流泵的压力比和效率与清水时的差别不大;但是在较大的流量比条件下,随着固相初始体积分数的增大,基本性能曲线与效率均下降,且流量比和固相初始体积分数越大时,其下降幅度越大;在固相初始体积分数和固相颗粒直径一定时,流量比越大,充分混合后的含砂体积分数将随之增大.固体颗粒直径越大,则越容易产生局部体积分布集中的现象,易在射流泵内形成堵塞.研究结果为工程实际应用提供了一定的技术支持.

关键词：射流泵液固两相流混合模型大涡模拟流动特性

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混流式水轮机部分负荷下的叶片动载荷模拟

清华大学学报（自然科学版） 2005年第8期45卷 1134-1137页

作者：周凌九王正伟中国农业大学水利与土木工程学院北京100083 清华大学热能工程系北京100084

通过求解三维不稳定Reynolds平均Navier-Stokes方程,并采用RNGk-ε模型实现方程的封闭,对3个不同转轮在部分负荷下进行了包括导叶、转轮、尾水管在内的三维不稳定流动计算。结果表明:由于水轮机转轮的旋转,在部分负荷工况下,由尾水管内... 详细信息

通过求解三维不稳定Reynolds平均Navier-Stokes方程,并采用RNGk-ε模型实现方程的封闭,对3个不同转轮在部分负荷下进行了包括导叶、转轮、尾水管在内的三维不稳定流动计算。结果表明:由于水轮机转轮的旋转,在部分负荷工况下,由尾水管内涡带引起的转轮内的压力脉动主要频率fr是转频fn与涡带压力脉动频率fd之差;同时转轮内压力脉动还有导叶通过频率和转频及其倍频等成分;在66%左右开度下叶片上压力脉动幅值一般大于80%左右开度下的值;在同一工况下,叶片背面的压力脉动幅值一般大于叶片正面的值。

关键词：混流式水轮机部分负荷叶片动载荷

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网格对水轮机流动计算结果的影响

水力发电学报 2006年第1期25卷 72-75页

作者：马文生周凌九清华大学热能工程系北京100084 中国农业大学水利与土木工程学院北京100083

在对混流式水轮机真机进行多个工况的全流道流动计算中发现计算得到的效率比试验参考效率偏低较多。为此,本文采用不同的网格类型和网格尺度分别对该水轮机的五个典型工况进行了单流道的数值计算。与全流道的计算结果以及试验的结果进... 详细信息

在对混流式水轮机真机进行多个工况的全流道流动计算中发现计算得到的效率比试验参考效率偏低较多。为此,本文采用不同的网格类型和网格尺度分别对该水轮机的五个典型工况进行了单流道的数值计算。与全流道的计算结果以及试验的结果进行比较,分析了网格密度与计算的转轮效率的关系,并讨论了适合水轮机计算的网格类型,以及在一定的计算资源和不同的工况条件下,适合采用的网格尺度。

关键词：水轮机流动计算网格转轮效率

基于空化流动计算的混流式水轮机尾水管的压力脉动

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清华大学学报（自然科学版） 2008年第6期48卷 972-976页

作者：周凌九王正伟中国农业大学水利与土木工程学院北京100083 清华大学热能工程系北京100084

为了保证混流式水轮机运行安全,分析了尾水管内部的空化流场。假设气液混相均质,并考虑不可凝结气相,采用基于组份输运方程,求解了尾水管内气液混相均质流的雷诺平均N-S方程以及气相组分输运方程。结果表明:不同装置空化系数下尾水管压... 详细信息

为了保证混流式水轮机运行安全,分析了尾水管内部的空化流场。假设气液混相均质,并考虑不可凝结气相,采用基于组份输运方程,求解了尾水管内气液混相均质流的雷诺平均N-S方程以及气相组分输运方程。结果表明:不同装置空化系数下尾水管压力脉动主频率变化不大,但在极低的装置空化系数下,削波现象导致更低频率成分的出现。在较大的装置空化系数下,空化涡带直径较小,压力脉动幅值随装置空化系数的变化不明显;当装置空化系数小于某一临界值后,随装置空化系数的降低,压力脉动幅值增加并达到一个最大值。计算结果解释了模型试验现象。

关键词：尾水管空化涡带压力脉动空化流计算

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转轮出口流态对尾水管内压力脉动的影响

清华大学学报（自然科学版） 2002年第12期42卷 1670-1673页

作者：周凌九王正伟黄源芳中国农业大学水利与土木工程学院北京100083 清华大学热能工程系北京100084 中国长江三峡工程开发总公司宜昌443002

为寻找尾水管压力脉动与转轮出口流态的关系,揭示影响尾水管内不稳定流动的主要因素,采用了SIMPLEC方法和RNGk-ε模型,计算了混流式转轮在各种稳定工况下的流场,重点分析典型工况下的出口流态;针对这些典型工况进行不稳定流动计算。分... 详细信息

为寻找尾水管压力脉动与转轮出口流态的关系,揭示影响尾水管内不稳定流动的主要因素,采用了SIMPLEC方法和RNGk-ε模型,计算了混流式转轮在各种稳定工况下的流场,重点分析典型工况下的出口流态;针对这些典型工况进行不稳定流动计算。分析表明,尾水管内部涡带的形成不仅与转轮出口圆周速度有关,而且转轮出口有无回流和回流区的大小与涡带形成和涡带特征密切相关。

关键词：转轮水轮机尾水管压力脉动出口流态涡带形成不稳定流动

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尾水管涡带引起的不稳定流动计算与分析

清华大学学报（自然科学版） 2002年第12期42卷 1647-1650页

作者：王正伟周凌九黄源芳清华大学热能工程系北京100084 中国农业大学水利与土木工程学院北京100083 中国长江三峡工程开发总公司宜昌443002

尾水管内涡带引起的不稳定流关系到水电站机组的安全。针对一个混流式水轮机的典型部分负荷工况,采用PISO(pressure-implicitwithsplittingofoperators)方法,计算了尾水管内部由于涡带引起的不稳定流场,预测了涡带脉动频率以及尾水管各... 详细信息

尾水管内涡带引起的不稳定流关系到水电站机组的安全。针对一个混流式水轮机的典型部分负荷工况,采用PISO(pressure-implicitwithsplittingofoperators)方法,计算了尾水管内部由于涡带引起的不稳定流场,预测了涡带脉动频率以及尾水管各断面上压力脉动。结果表明,涡带压力脉动频率约为转频的1/3,与实际观察到的脉动频率相符。在此基础上,分析了尾水管直锥段、弯肘段和扩散段内的压力脉动特征以及尾水管内压力脉动对转轮内压力的影响。

关键词：涡带不稳定流动计算水轮机尾水管不稳定流场压力脉动水力机械