检索结果-南通市图书馆

冲击式水轮机喷射机构磨损特性及优化设计研究

在线全文

同方期刊数据库

学校读者我要写书评

暂无评论

冲击式水轮机喷射机构磨损特性及优化设计研究

作者：李方西安理工大学

学位级别：硕士

水电作为我国“双碳”战略背景下推进能源结构转型的主力军,未来水电开发重点集中在川、滇、藏等西南高水头地区,冲击式水轮机因具有应用水头高、高效率工况区宽等优点成为开发高水头资源的首选机型。然而西南地区河流在汛期含沙量较大... 详细信息

水电作为我国“双碳”战略背景下推进能源结构转型的主力军,未来水电开发重点集中在川、滇、藏等西南高水头地区,冲击式水轮机因具有应用水头高、高效率工况区宽等优点成为开发高水头资源的首选机型。然而西南地区河流在汛期含沙量较大,造成冲击式水轮机的过流部件受到不同程度的磨损,进而导致喷射机构变形、射流质量下降、机组功率下降、维护成本增加等问题。因此,本文针对冲击式水轮机喷射机构磨损特性进行研究,并进行喷射机构抗磨损优化设计,耦合数据挖掘技术探析设计变量对喷射机构磨损特性影响机制。主要内容和结论如下:(1)基于冲击式水轮机给水机构水-气两相数值计算和喷射机构水-气-沙三相数值计算,阐明了给水机构内部流动特性、喷射机构磨损特性和泥沙颗粒的轨迹特征。结果表明,配水环管形成的涡会继续在喷嘴中发展,并在喷嘴中先形成上下对称的碎小漩涡,接着在导流板处发展为两对完整旋涡,最终在喷嘴喉部完成旋涡合并;泥沙浓度由0.5%增加至2%时,喷针过渡段磨损显著加剧,其平均磨损率增加75.2%,最大磨损率增加71.4%;泥沙粒径由0.02mm增加至0.1mm时,喷嘴喉部的磨损恶化但喷针的磨损有所减轻,喷针高磨损区逐渐向喷针尾部转移;当泥沙粒径继续增加,喷嘴喉部磨损上下对称特征逐渐消失;不同粒径泥沙在喷针尾部、喷嘴内侧壁面、导流板末端和喷嘴喉部的运动有明显差异,粒径越大差异越明显。(2)基于改进的Kriging代理模型构建了冲击式水轮机喷射机构抗磨损优化设计框架。首先,对喷射机构的关键参数对不同区域磨损特性的影响开展了研究,以喷针角度、喷嘴角度、喷针直径和喷针过渡直径为设计变量,进行了喷射机构抗磨损性能优化设计,兼顾考虑喷射机构平均磨损率和高磨损区;最优设计喷针角度和喷嘴角度分别较原始模型增加13.26%和14%,喷针直径和喷针过渡直径分别较原始模型下降20%和25%;最优设计抗磨损特性显著提升,平均磨损率和最大磨损率在喷嘴喉部较原始模型降低93.89%和96.18%,在喷针过渡区域分别降低93.66%和84.89%;喷针尖部平均磨损率有所增加,但最大磨损率显著下降,下降了 59.35%。(3)耦合数据挖掘技术开展喷射机构优化设计空间信息探索,基于平行坐标可视化分析和总变差分析方法探究设计变量变化对喷射机构磨损特性的影响规律和影响机制。结果表明,设计变量x2(喷嘴角度)和x4(喷针过渡直径)对目标函数的影响显著高于其他变量,喷嘴角度方差占比高达40.1%,喷针过渡直径方差占比22.6%;喷嘴角度增大而喷针过渡直径减小时,样本的抗磨损性能好。当喷嘴角度为设计空间内最优时,样本抗磨损性能较原始模型增加54.78%;同时,喷嘴角度的增大抑制了涡在喷射机构内的发展,减弱了射流分叉现象,但喷针内侧出现局部高磨损区。喷针过渡直径的增大会减弱导流板末端的涡强度,使泥沙颗粒贴着喷针壁面流动造成严重的滑擦和点状磨损。

关键词：冲击式水轮机喷射机构磨损特性优化设计数据挖掘

导水叶栅对冲击式水轮机喷射机构流动特性的影响

同方学位论文库评论

在线全文

同方学位论文库

学校读者我要写书评

暂无评论

排灌机械工程学报 2023年第11期41卷 1081-1087页

作者：赵道利邓晓飞孙维鹏郭鹏程西安理工大学省部共建西北旱区生态水利国家重点实验室陕西西安710048

为研究导水叶栅对冲击式水轮机喷射机构流动特性的影响,设计了7种不同导水叶栅数方案和5种不同导水叶栅出水角方案,应用RNG k-ε模型和VOF模型,在额定工况下对考虑弯管进口的冲击式水轮机喷射机构进行数值计算,分析导水叶栅对喷射机构... 详细信息

为研究导水叶栅对冲击式水轮机喷射机构流动特性的影响,设计了7种不同导水叶栅数方案和5种不同导水叶栅出水角方案,应用RNG k-ε模型和VOF模型,在额定工况下对考虑弯管进口的冲击式水轮机喷射机构进行数值计算,分析导水叶栅对喷射机构流动特性的影响.结果表明:由进口弯管引起的迪恩涡以及由导水叶栅绕流引起的卡门涡始终存在于喷射机构内部及射流区域,这些涡流的存在造成射流液面在弯管内侧和导水叶栅下游出现变形,并导致射流扩散;不同导水叶栅数的喷射机构射流偏心存在差异性,导水叶栅增多,射流内侧液面凸起和射流扩散现象得到缓解,但导水叶栅下游射流液面对应区域的变形更加剧烈,进而影响射流质量;导水叶栅出水角的改变对导水叶栅引起的拉伸涡有一定的影响,但相较于导水叶栅数,导水叶栅出水角对喷射机构流动特性影响较小.

关键词：冲击式水轮机喷射机构导水叶栅迪恩涡数值模拟

维普期刊数据库

导水叶栅对冲击式水轮机喷射机构流动特性的影响

在线全文

学校读者我要写书评

暂无评论

排灌机械工程学报 2023年

作者：邓晓飞赵道利孙维鹏郭鹏程西安理工大学省部共建西北旱区生态水利国家重点实验室

为探索导水叶栅对喷射机构流动特性的影响，设计了7种不同导水叶栅数方案和5种不同导水叶栅出水角方案，应用RNG k-ε和VOF模型，在额定工况下对考虑弯管进口的冲击式水轮机喷射机构进行数值计算，分析导水叶栅对喷射机构流动特性的影... 详细信息

为探索导水叶栅对喷射机构流动特性的影响，设计了7种不同导水叶栅数方案和5种不同导水叶栅出水角方案，应用RNG k-ε和VOF模型，在额定工况下对考虑弯管进口的冲击式水轮机喷射机构进行数值计算，分析导水叶栅对喷射机构流动特性的影响。结果表明：进口弯管引起的的迪恩涡和导水叶栅绕流引起的卡门涡始终存在于喷射机构内部及射流域，引起射流液面在弯管内侧和导水叶栅下游出现变形，并导致射流扩散。不同导水叶栅数的喷射机构的射流偏心存在差异性，导水叶栅增多，射流内侧液面凸起和射流扩散现象得到缓解，但导水叶栅下游射流液面对应区域的变形更加剧烈，从而影响射流质量。导水叶栅出水角的改变对导水叶栅引起的拉伸涡有一定的影响，但相较于导水叶栅数，导水叶栅出水角对喷射机构流动特性影响较小。

关键词：冲击式水轮机喷射机构导水叶栅迪恩涡数值模拟

在线全文

同方期刊数据库

学校读者我要写书评

暂无评论

冲击式水轮机喷射机构的磨损特性数值分析

排灌机械工程学报 2015年第5期33卷 407-411页

作者：曾崇济肖业祥张瑾安守皇王正伟清华大学热能工程系&水沙科学与水利水电工程国家重点实验室北京100084

冲击式水轮机广泛应用于高水头地区,应用水头一般高于500 m,因此喷嘴出口流速将大于100 m/s.高速的自由射流中,水中携带的细小沙粒不仅会对冲击式水轮机的水斗表面结构造成磨损,而且会破坏喷射机构.喷射机构的主要作用在于形成高质量圆... 详细信息

冲击式水轮机广泛应用于高水头地区,应用水头一般高于500 m,因此喷嘴出口流速将大于100 m/s.高速的自由射流中,水中携带的细小沙粒不仅会对冲击式水轮机的水斗表面结构造成磨损,而且会破坏喷射机构.喷射机构的主要作用在于形成高质量圆柱射流,提高转轮中的能量转换效率.沙粒磨损喷射机构将影响射流质量,造成效率损失.对喷射机构以及自由射流的水固气三相流动进行了三维非定常的数值模拟.水中携带的细小沙粒简化为圆形固体颗粒,并采用离散颗粒模型模拟其运动特性以及喷射机构的磨损特性.研究发现不同颗粒直径的沙粒其运动轨迹区别很大,造成的喷射机构磨损特性也不相同.喷针表面磨损预测结果显示,直径小的颗粒随流性较强,会对喷针头部造成磨损;直径大的颗粒惯性大,容易撞击喷针颈部上游区域,造成磨损.

关键词：冲击式水轮机三相流动喷射机构磨损数值模拟

维普期刊数据库

在线全文

学校读者我要写书评

暂无评论

水斗式水轮机喷射机构水力性能研究

人民长江 2023年

作者：胡宗邱刘洁邓海峰杜清玭龚升王钊宁中国三峡建工(集团)有限公司东方电机有限公司研发中心

水斗式水轮机水力效率的间接损失是由喷射机构中的旋转水流引起的，水流的旋转起始于不良的分岔。喷射机构的主要作用是将水流的压力能转换为动能并形成高速射流，该射流在空气环境中冲击转轮水斗做功，来实现动能到机械能之间的转换。... 详细信息

水斗式水轮机水力效率的间接损失是由喷射机构中的旋转水流引起的，水流的旋转起始于不良的分岔。喷射机构的主要作用是将水流的压力能转换为动能并形成高速射流，该射流在空气环境中冲击转轮水斗做功，来实现动能到机械能之间的转换。高速射流的质量直接影响着水斗式水轮机的能量转化效率。本文采用无网格运动粒子流（MPS， Moving Particle Simulation）方法对不同喷针开度下的某喷射机构流量特性、喷针尖受力特性以及喷嘴出口射流流态分布特征等进行了数值模拟研究。结果表明：随着喷针开度的增加，喷嘴出口流量逐渐增大，其增长率逐渐减小；喷针尖所受水推力逐渐增大。喷嘴出口射流自由液面逐渐出现发散现象，其表面变得不光滑，这与水力模型试验结果是相符，这验证了该方法的有效性，同时给水斗式水轮机的水力设计者提供了新思路，该方法可大大提高水力优化设计效率，具有一定的工程应用价值。

关键词：水斗式水轮机喷射机构运动粒子流水力性能

导水叶栅对冲击式水轮机喷射机构流动及磨损特性影响研究

在线全文

同方期刊数据库

学校读者我要写书评

暂无评论

导水叶栅对冲击式水轮机喷射机构流动及磨损特性影响研究

作者：邓晓飞西安理工大学

学位级别：硕士

水电是实现“双碳”目标的重要力量。冲击式水轮机是超高水头段水电开发的主力机型,目前对冲击式水轮机的研究主要集中在水斗上,而对喷射机构、进水管及导水叶栅的研究相对薄弱。喷射机构是冲击式水轮机形成射流冲击水斗的核心部件,进... 详细信息

水电是实现“双碳”目标的重要力量。冲击式水轮机是超高水头段水电开发的主力机型,目前对冲击式水轮机的研究主要集中在水斗上,而对喷射机构、进水管及导水叶栅的研究相对薄弱。喷射机构是冲击式水轮机形成射流冲击水斗的核心部件,进水管形式、导水叶栅数、导水叶栅出水角及泥沙磨损都直接影响着射流质量,进而影响机组运行效率和安全。因此,对喷射机构的进水管形式、导水叶栅参数及泥沙磨损特性的研究是十分必要的。本文应用RNG k-ε、VOF、DPM和Generic模型分析工作水头和喷针行程对六喷嘴冲击式水轮机喷射机构流动特性的影响,并研究导水叶栅数及导水叶栅出水角对考虑进水管形式的喷射机构流动及磨损特性的影响。本文的主要工作及结论如下:(1)对六喷嘴冲击式水轮机喷射机构进行两相流数值模拟,通过喷针表面压力分布对比验证了本文所采用的两相流求解方法的可靠性。分析了考虑配水环管的喷射机构的基本特性,研究了水头和行程对配水环管和喷射机构的流场及能量损失的影响,得到了配水环管和喷射机构内迪恩涡的发展演变规律。(2)对考虑进水管形式(直管、弯管)的喷射机构进行两相流计算,分析了导水叶栅数(2、3、4、5、6、8)和导水叶栅出水角(60°、75°、90°、105°、120°)对喷射机构流动特性的影响。发现弯管恶化了喷射机构内部流态;导水叶栅增多,在水平方向的射流扩散及液面变形减弱,但造成更多的拉伸涡向下游发展,使液面扭曲变形,影响射流质量;其中,具有3和5个导水叶栅的喷射机构在竖直方向的射流偏心影响较明显。导水叶栅出水角为120°的喷射机构内侧导水叶栅引起的拉伸涡强度最弱。因此,在工程应用中,尽量选用导水叶栅较少且为偶数的冲击式水轮机喷射机构。(3)在喷射机构两相流计算的基础上加入泥沙进行磨损计算,通过直进水管喷射机构磨损分布规律对比验证了本文所采用的磨蚀求解方法的可靠性。研究了导水叶栅数和导水叶栅出水角对喷射机构磨损特性的影响。发现弯进水管使喷针内侧磨蚀加剧;导水叶栅增多,喷针及喷嘴相应区域磨蚀加剧;导水叶栅出水角增大,喷针表面磨损区域略有改善,喷嘴磨损区域无明显变化;导水叶栅出水角为60°和120°的喷射机构内部涡结构及射流质量相对有所改善。可为冲击水轮机的结构优化、磨损预测等提供一定的参考。

关键词：冲击式水轮机喷射机构导水叶栅进水管迪恩涡磨蚀数值模拟

冲击式水轮机喷射机构泥沙磨损特性的数值模拟

同方学位论文库评论

在线全文

同方学位论文库

学校读者我要写书评

暂无评论

水利学报 2020年第12期51卷 1486-1494页

作者：葛新峰孙洁李阳吴丹张雷化洪昌河海大学能源与电气学院江苏南京210098 江苏理工学院江苏常州213001 黄河水利科学研究院河南郑州450003

为分析泥沙颗粒的直径及浓度对喷射机构磨损位置和磨损率的影响,基于Fluent平台对模型冲击式水轮机的喷射机构进行了三维建模,在水气两相流非定常计算稳定的基础之上,加入离散相,应用基于颗粒轨道的欧拉-拉格朗日法对水气沙三相进行了... 详细信息

为分析泥沙颗粒的直径及浓度对喷射机构磨损位置和磨损率的影响,基于Fluent平台对模型冲击式水轮机的喷射机构进行了三维建模,在水气两相流非定常计算稳定的基础之上,加入离散相,应用基于颗粒轨道的欧拉-拉格朗日法对水气沙三相进行了非定常数值模拟。在泥沙体积分数为1%的条件下,泥沙径粒分别取0.01、0.05、0.4和1 mm;在泥沙径粒为0.05 mm的条件下,泥沙体积分数分别取1%、2%、3%、4%和5%。结果表明,喷嘴出口处的压能大部分转化为了动能,且喷嘴出口处出现了负压;随着泥沙径粒的增加,泥沙的随流性会变差;泥沙径粒影响喷嘴的磨损范围,但喷嘴表面的磨损位置是相似的;喷针头部的针尖位置更容易受到细小颗粒的磨损,且喷针的过渡段磨损与径粒大小呈正相关;喷射机构受到的最大磨损率随泥沙浓度的增加而增大;在同一泥沙浓度下,喷嘴受到的磨损要大于喷针;泥沙浓度的增加会使喷嘴、喷针的磨损率增加,但泥沙颗粒的运动轨迹及喷针磨损的位置是相似的。

关键词：冲击式水轮机喷射机构磨损离散相模型非定常数值模拟

维普期刊数据库

水斗式水轮机流动数值计算与试验研究第一部分配水管与喷射机构

在线全文

学校读者我要写书评

暂无评论

国外大电机 2002年第1期 69-73页

作者： MirjamSick 胡清娟等

为了掌握配水管与喷射机构的流动特性以及射流动特性以及射流形状的流动机理。对5喷嘴的配水管和喷射机构的流态运动了数值模拟计算，与测量结果比较表明，CFD计算结果准确度很高。考虑到标准模型的不足，计算中采用了k－ε湍流模型的Ka... 详细信息

为了掌握配水管与喷射机构的流动特性以及射流动特性以及射流形状的流动机理。对5喷嘴的配水管和喷射机构的流态运动了数值模拟计算，与测量结果比较表明，CFD计算结果准确度很高。考虑到标准模型的不足，计算中采用了k－ε湍流模型的Kato-Launder修正模型，通过对这些部件的流动计算可以看出以下几个方面对流动有着重要的影响，即配水管中的二次流、导叶的脱友、喷嘴出口的速度分布以及射流进口的涡流功能。基于CFD计算结果，可以通过减少配水管内的损失以及改善射流条件来优化几何结构。对自由射流和配水管几何结构优化进行了试验研究。

关键词：流动特性水斗式水轮机数值计算试验配水管喷射机构

维普期刊数据库评论

在线全文

维普期刊数据库

学校读者我要写书评

暂无评论

冲击式水轮机喷射机构空化特性模拟研究

中国农村水利水电 2023年第7期 229-235页

作者：葛新峰孟涵孙洁何涛黄金伟王建明河海大学江苏南京210098 重庆水轮机厂有限责任公司重庆400054

空化空蚀的存在对水轮机的运行十分不利,不仅会降低水轮机的出力和效率,破坏水轮机的过流部件,严重情况时会导致水轮机不能安全稳定运行。对空化位置的准确识别有助于预防空蚀破坏,文章利用流体软件中的VOF多相流模型及SST k-ω湍流模型... 详细信息

空化空蚀的存在对水轮机的运行十分不利,不仅会降低水轮机的出力和效率,破坏水轮机的过流部件,严重情况时会导致水轮机不能安全稳定运行。对空化位置的准确识别有助于预防空蚀破坏,文章利用流体软件中的VOF多相流模型及SST k-ω湍流模型,基于Schnerr-Sauer空化模型对冲击式水轮机喷射机构进行了数值模拟。通过分析额定设计水头下不同喷针开度的参数变化对喷射机构流场的影响,获得速度、压力和气相体积分数的分布规律。得到的主要结论如下:流体流经收缩管段,速度迅速升高,喷嘴的出口转弯处绝对压力迅速下降至形成空化所需要的饱和蒸汽压力,为空化创造了条件。在喷针中心存在速度衰减,在喷嘴出口以及喷针针尖区域存在低压区。气相主要分布在喷嘴的出口位置,在开度为20%与80%条件下,气相呈对称分布于喷嘴出口圆环面,但并未全覆盖,气化区域与前段导流体区域位置相对应,开度为40%与60%条件下气相呈圆环面均匀覆盖于喷嘴出口。不同喷针开度下最大气相生成率及气体沿轴向的分布随开度的增大先增加后减小,40%开度下水蒸气含量最多,此时空化范围最大。

关键词：冲击式水轮机喷射机构空化 Schnerr-Sauer模型

维普期刊数据库博看期刊