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轴流泵装置模型断电飞逸过程三维湍流数值模拟

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排灌机械工程学报 2012年第4期30卷 401-406页

作者：周大庆钟淋涓郑源茅媛婷河海大学可再生能源发电技术教育部工程研究中心江苏南京210098

针对轴流泵装置模型断电飞逸过程特点,对应叶轮区所采用的冻结叶轮的变速旋转坐标系方法与基于任意拉格朗日-欧拉方法(ALE)的变速滑移网格法,构建基于三维非定常RANS方程与Spalart-Allmaras湍流模型的数值模拟方法,采用有限体积法对控... 详细信息

针对轴流泵装置模型断电飞逸过程特点,对应叶轮区所采用的冻结叶轮的变速旋转坐标系方法与基于任意拉格朗日-欧拉方法(ALE)的变速滑移网格法,构建基于三维非定常RANS方程与Spalart-Allmaras湍流模型的数值模拟方法,采用有限体积法对控制方程组进行离散,时间项采用一阶向后差分隐式格式,方程组中扩散项采用二阶中心差分格式,对流项采用二阶迎风格式,应用SIMPLEC方法进行速度压力耦合求解,采用初始工况的定常计算结果作为非定常计算的初始流场.经过轴流泵装置模型断电飞逸过程的数值模拟,获得了机组到达最大转速时所需时间为20.35 s,以及两种数值方法所得最大飞逸转速分别为1 610,1 989 r/min,装置模型稳态飞逸试验转速1 720 r/min,介于两者之间,同时揭示了机组转速、流量、转矩与测点压力等参数随时间变化规律与装置模型流道子午截面流速场、叶轮叶片压力场的瞬变过程,从而为机组结构优化设计和运行管理提供科学的参考依据.

关键词：轴流泵装置模型变速旋转坐标系飞逸过程变速滑移网格

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轴流式水轮机模型飞逸过程三维湍流数值模拟

水利学报 2010年第2期40卷 233-238页

作者：周大庆吴玉林刘树红河海大学能源与电气学院江苏南京210098 清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室北京100084

通过作者建立的非稳态过程三维湍流数值模拟方法,模拟了轴流式水轮机模型飞逸过程,并进行了其三维数值湍流计算,获得了机组到达最大转速时所需时间、最大飞逸转速值、飞逸过程内特性流场演变规律以及转速、流量、力矩与测点静压随时间... 详细信息

通过作者建立的非稳态过程三维湍流数值模拟方法,模拟了轴流式水轮机模型飞逸过程,并进行了其三维数值湍流计算,获得了机组到达最大转速时所需时间、最大飞逸转速值、飞逸过程内特性流场演变规律以及转速、流量、力矩与测点静压随时间变化的曲线。计算结果表明,所得最大飞逸转速与试验值非常接近,误差在1.5%以内;所得力矩及流量等外特性参数变化过程均符合高比转速水轮机理论特性;当转速增大到某一数值之后,尾水管水力稳定性急剧恶化是引起机组振动的主因。

关键词：轴流式水轮机模型飞逸过程三维非稳态湍流数值模拟

基于熵产理论的超低扬程双向卧式轴流泵装置飞逸特性

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农业工程学报 2021年第17期37卷 49-57页

作者：许哲郑源阚阚黄佳程河海大学水利水电学院南京210098 河海大学能源与电气学院南京210098

超低扬程的泵站常具有双向输水的需求,因而双向水泵装置在双向运行工况下都具有发生飞逸事故的风险。为研究泵装置在正反向飞逸过渡过程的差异性,该研究建立双向低扬程卧式轴流泵全过流系统,采用流体体积函数法分析上下游水气两相分布,... 详细信息

超低扬程的泵站常具有双向输水的需求,因而双向水泵装置在双向运行工况下都具有发生飞逸事故的风险。为研究泵装置在正反向飞逸过渡过程的差异性,该研究建立双向低扬程卧式轴流泵全过流系统,采用流体体积函数法分析上下游水气两相分布,利用力矩平衡方程推导叶轮实时转速,并结合熵产理论进行分析。结果表明:对比熵产计算与模型试验得到的扬程损失,在正反向工况下误差均在3%以内,验证了数值模拟及熵产计算的准确性;叶轮扭矩的波动频率受叶频控制,且正向飞逸工况下扭矩波动的幅值更高;总计算域中直接耗散熵产占主导地位,湍流耗散熵产次之,壁面耗散熵产最少;各计算域中叶轮的总熵产值最高,源于较大的速度梯度和强烈的动静干涉作用;轴流泵进入稳定飞逸状态下,正向飞逸工况扭矩的波动幅值明显高于反向飞逸工况;零流量时刻下,涡核与熵产率分布相似说明涡核的聚集与漩涡的演变是流场产生明显能量损失的原因。研究可为分析机组的瞬态特性提供一种思路。

关键词：泵流速熵飞逸过程双向工况自由液面

基于桨叶调节的轴流转桨式水轮机模型飞逸数值模拟

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水利水电科技进展 2016年第4期36卷 13-19页

作者：周大庆郭优姜德政河海大学能源与电气学院江苏南京211100 中国长江电力股份有限公司湖北宜昌443002

为了研究不同桨叶启闭规律对轴流转桨式水轮机飞逸过程的影响,采用三维非定常数值方法模拟了5种桨叶控制方式下的轴流转桨式水轮机模型飞逸过程,对比分析了转速、流量、力矩和压力脉动等参数随时间变化特性及桨叶表面压力分布和尾水管... 详细信息

为了研究不同桨叶启闭规律对轴流转桨式水轮机飞逸过程的影响,采用三维非定常数值方法模拟了5种桨叶控制方式下的轴流转桨式水轮机模型飞逸过程,对比分析了转速、流量、力矩和压力脉动等参数随时间变化特性及桨叶表面压力分布和尾水管内流场演变规律。结果表明：以桨叶静止工况下的最大逸速为基准,在±10°内启闭桨叶对最大逸速影响范围为-6.6%~5.0%;在飞逸过程中打开桨叶会加剧外特性参数波动,尾水管中心部最大负压值可达初值的2.86倍,产生的偏心螺旋涡带诱发强烈低频脉动,不利于机组稳定;关闭桨叶可降低水流流速,减小压力脉动及改善尾水管流态,但需探究合理关闭方式以避免过大的转速最大上升值。

关键词：轴流转桨式水轮机飞逸过程桨叶调节启闭规律三维非定常数值模拟

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长引水电站水力特性耦合数值模拟与试验研究

长引水电站水力特性耦合数值模拟与试验研究

作者：王银平天津大学

学位级别：硕士

为了克服水电站纯一维计算无法准确描述关键部件动态特性以及全三维计算浪费计算资源的弊端,对水电站水力系统进行一维三维耦合模拟计算有很大的必要性。本文依托雅砻江某水电站,首先在现场对水轮机内压力进行了测试,然后基于课题组对... 详细信息

为了克服水电站纯一维计算无法准确描述关键部件动态特性以及全三维计算浪费计算资源的弊端,对水电站水力系统进行一维三维耦合模拟计算有很大的必要性。本文依托雅砻江某水电站,首先在现场对水轮机内压力进行了测试,然后基于课题组对该水电站调压室水位波动的数据进行了以下研究:(1)通过Visual Basic6.0实现了对FLUENT的二次开发,建立了一维三维耦合模拟模型,实现FLUENT打开、读取case以及date文件、更改边界条件、计算、输出耦合面数据等自动化操作。(2)利用耦合模型和传统的一维模型对雅砻江某水电站引水隧洞、调压室系统进行单机甩负荷过程计算。与实测数据对比发现:一维模型计算大室、升管1、升管2的水位振幅为56.84m、57.95m、57.95m,与实测数据差值为-0.23m、1.71m、0.58m;耦合模型计算振幅为57.20m、55.50m、57.69m,与实测数据差值为0.13m、-0.74m、0.32m。在描述各部位水位差方面,一维模型最大误差4.16m,耦合模型最大误差1.06m,耦合模型能够更好模拟各部位水位差以及调压室内水流的振荡特性。分析2#机组蜗壳进口压力频率为0.002Hz与调压室相同,调压室水位波动会对机组产生影响。对溢流堰高度、升管面积、大室底部阻抗孔面积对调压室水力特性的影响进行了研究,结果表明,溢流堰高度越高、升管面积越小、大室底部阻抗孔越小,波动周期和振幅越小。(3)在雅砻江某水电站开展原型试验,对水轮机蜗壳入口及尾水管出口脉动压力数据进行测试。建立水轮机模型进行稳态计算,将计算所得蜗壳进口压力、末端压力与尾水管进口压力与实测数据对比,误差分别为3.70%、4.58%、7.18%。真机试验满负荷下蜗壳入口压力脉动主频为0.38Hz;尾水管进口脉压主要为0.3-0.9Hz,数值计算频率为0.73Hz、0.38-0.76Hz。利用耦合模型对雅砻江某水电站引水管道水轮机系统进行了飞逸过渡过程计算。计算结果显示:飞逸过渡过程中水轮机蜗壳压力以及导叶压力上升,压力下降梯度减小;转轮内水流流向恶化,发展为冲击水轮机叶片。分析飞逸计算末时刻蜗壳和尾水管入口脉压频率分别为0.78Hz及0.78-1.56Hz,蜗壳入口脉动由尾水涡带引起,故尾水涡带频率增加,不利于水轮机运行。

关键词：长引水电站耦合模拟差动式调压室水轮机飞逸过程