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Simulation of Unsteady Water Film Flow on Pelton Bucket 被引量:1
1
作者 Shen Na 《Energy and Power Engineering》 2013年第4期51-55,共5页
In order to simulate the complicated unsteady flow in Pelton bucket, it is necessary to apply the animated cartoon approach. In this paper, a free jet and the inner surface of a bucket is described by boundary fitted ... In order to simulate the complicated unsteady flow in Pelton bucket, it is necessary to apply the animated cartoon approach. In this paper, a free jet and the inner surface of a bucket is described by boundary fitted grid (BFG) with non-orthogonal curvilinear coordinates. The water flow is discretized in space and time for CFD (computational fluid dynamics). The moving grids of water film are successfully projected onto the bucket’s inner surface by a projection algorithm. The visualization result of the jet landing on bucket’s surface and the unsteady flow in the rotating buckets in 3D verifies the effectiveness of the proposed method. 展开更多
关键词 WATER FILM Flow SIMULATION PROJECTION pelton bucket
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冲击式水轮机水斗关键几何参数对水力性能的影响
2
作者 唐鹏 赵浩儒 +5 位作者 许彬 郭娜 祝宝山 卢加兴 李正贵 张文武 《排灌机械工程学报》 北大核心 2025年第11期1114-1122,共9页
为了了解水斗设计中其几何参数是如何影响水斗性能及其内部流动特性,采用均相多相流模型和SST k-ω湍流模型对冲击式水轮机内部气液两相流动进行数值模拟,对水斗的宽度、深度、出口角和分水刃倾角开展了不同组合形式下的正交试验研究.... 为了了解水斗设计中其几何参数是如何影响水斗性能及其内部流动特性,采用均相多相流模型和SST k-ω湍流模型对冲击式水轮机内部气液两相流动进行数值模拟,对水斗的宽度、深度、出口角和分水刃倾角开展了不同组合形式下的正交试验研究.通过极差分析发现水斗宽度是影响效率和出力的最关键因素,其次为分水刃倾角、出口角和深度.对不同水斗宽度下的流场分析发现,随着水斗宽度的增加,机组效率呈现出了逐渐增加的趋势,与水斗宽度100 mm相比,当水斗宽度增加到108 mm时,机组的相对效率增加了9.27%.在扭矩最大时刻,随着水斗宽度的增加,水斗的高压力区域范围增加,这就导致了水斗扭矩的增大,水斗做功能力增强. 展开更多
关键词 冲击式水轮机 水斗 设计优化 正交试验 性能
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非定常水斗表面自由水膜的流动机理 被引量:8
3
作者 肖业祥 韩凤琴 久保田乔 《华南理工大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第4期75-79,90,共6页
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... 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%. 展开更多
关键词 水轮机水斗 自由水膜流 流动机理 数值模拟 性能
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冲击式水轮机水斗高应力区结构优化及加工 被引量:9
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作者 王波 刘献礼 +3 位作者 刘晶石 计伟 翟元盛 梁维燕 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第21期148-155,共8页
水斗高应力区的结构优化和高品质加工是保证冲击式水轮机水力性能的关键。建立了水斗有限元模型,并确定合理的边界条件;根据机组运行特点,确定水斗计算载荷工况,以及应力考核标准。同时在满足水力性能及强度要求的前提下,充分考虑水斗... 水斗高应力区的结构优化和高品质加工是保证冲击式水轮机水力性能的关键。建立了水斗有限元模型,并确定合理的边界条件;根据机组运行特点,确定水斗计算载荷工况,以及应力考核标准。同时在满足水力性能及强度要求的前提下,充分考虑水斗根部的可加工性。研究表明:斗根曲率均匀度、斗根深度和厚度是水斗应力水平的主要影响因素;通过水斗根部结构优化,水斗综合应力降低16%,交变应力幅值降低13.3%,交变应力平均值降低15.5%;通过强度计算验证了根部结构优化的水斗满足应力和疲劳设计要求。通过有限元和试验优化大长径比(20:1)减振刀柄中心孔尺寸,结果表明:当内孔直径为8 mm,振幅最小,通过试验验证和加工产品的实际应用,表明优化后的方案可满足设计结构水力性能及制造精度要求。 展开更多
关键词 冲击式水轮机 水斗 有限元 结构优化 切削振动 减振刀柄
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水斗非定常自由水膜流三维贴体数值模拟 被引量:13
5
作者 韩凤琴 肖业祥 久保田乔 《工程热物理学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第4期601-603,共3页
本研究采用水斗三维非正交贴体坐标系进行了非定常自由水膜流动的数值解析。对不规则水斗内表面采用三维非正交贴体坐标系下离散点进行拟合,推导了曲面离散点的法向矢量和曲面微元面高斯曲率、平均曲率等几何特征量的计算公式,进而导出... 本研究采用水斗三维非正交贴体坐标系进行了非定常自由水膜流动的数值解析。对不规则水斗内表面采用三维非正交贴体坐标系下离散点进行拟合,推导了曲面离散点的法向矢量和曲面微元面高斯曲率、平均曲率等几何特征量的计算公式,进而导出流体粒子在运动方向上曲率计算式。在水斗三维贴体坐标系中,还推导了流体粒子在水斗曲面上的运动控制方程。最后对某水轮机水斗内表面非定常自由水膜流进行了数值模拟,得到其非定常水膜流态分布。 展开更多
关键词 冲击式水轮机 水斗曲面 贴体坐标系 自由水膜流 数值解析
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水斗式水轮机喷嘴及水斗应力和振形研究 被引量:6
6
作者 李庆刚 宋文武 +2 位作者 周敏 符杰 杨佐卫 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第9期52-55,59,共5页
为分析水斗式水轮机转轮断裂失效原因,应用UG软件对转轮和喷嘴建立三维造型,并利用ANSYS软件对运行的单个斗叶进行应力分析,确定了斗叶的应力分布,得到最高应力值点在刃口处,通过模态分析得到了水斗式水轮机转轮和喷嘴的自振频率和振形... 为分析水斗式水轮机转轮断裂失效原因,应用UG软件对转轮和喷嘴建立三维造型,并利用ANSYS软件对运行的单个斗叶进行应力分析,确定了斗叶的应力分布,得到最高应力值点在刃口处,通过模态分析得到了水斗式水轮机转轮和喷嘴的自振频率和振形图,为多喷嘴水斗式水轮机转轮水斗的强度设计和喷嘴的振动研究提供了依据。 展开更多
关键词 水斗式水轮机 喷嘴 斗叶 三维建模 应力计算
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三维自由曲面上特殊点的自然基本矢量 被引量:2
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作者 韩凤琴 李龙祥 +1 位作者 沈娜 久保田乔 《工程热物理学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第8期1315-1318,共4页
冲击式水轮机的水斗是具有三维自由曲面的几何体,在曲面贴体网格(BFG)上,为了正确分析冲击式水轮机的流动,有必要引用非正交曲线坐标系。本论文介绍了如何得到边界贴体网格点的自然基本矢量g。在计算基本矢量的过程中,对三个特殊点进行... 冲击式水轮机的水斗是具有三维自由曲面的几何体,在曲面贴体网格(BFG)上,为了正确分析冲击式水轮机的流动,有必要引用非正交曲线坐标系。本论文介绍了如何得到边界贴体网格点的自然基本矢量g。在计算基本矢量的过程中,对三个特殊点进行了研究。对这些点的自然坐标矢量运用对角线进行了重新定义,计算后得到了理想的计算结果。 展开更多
关键词 冲击式水轮机 曲面贴体网格 非正交曲线坐标系 自然基本矢量 特殊点
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水斗数对转轮性能影响的实验研究 被引量:8
8
作者 许萍 韦彩新 《华中科技大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2003年第3期89-91,共3页
研究了水斗数对冲击式水轮机性能的影响 .对水斗数不等的几个转轮进行了能量试验 ,发现水斗数与转轮性能密切相关 ,进而探讨了水斗数对转轮性能影响的原因 。
关键词 冲击式水轮机 水斗数 性能影响 实验研究
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多喷嘴冲击式水轮机内部流动研究 被引量:6
9
作者 符杰 宋文武 +2 位作者 周敏 杨佐卫 姚文革 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第10期71-75,共5页
为了提高冲击式水轮机的出力与比转数,在设计时往往采取增加喷嘴数,但喷嘴数的增加会引起转轮内部流动的相互干涉,降低机组效率。本文采用CFD技术对六喷嘴冲击式水轮机转轮内部流动进行数值模拟,通过水斗数与喷嘴数之间的相互流动计算结... 为了提高冲击式水轮机的出力与比转数,在设计时往往采取增加喷嘴数,但喷嘴数的增加会引起转轮内部流动的相互干涉,降低机组效率。本文采用CFD技术对六喷嘴冲击式水轮机转轮内部流动进行数值模拟,通过水斗数与喷嘴数之间的相互流动计算结果,优化出六喷嘴冲击式水轮机在转轮斗叶数为21个时,正好与喷嘴数相匹配,得到单个水斗接受射流全过程的速度、压力分布以及水流迹线,多个喷嘴同时作用时转轮内部流动的干涉情况。 展开更多
关键词 冲击式水轮机 多喷嘴 斗叶 数值模拟
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旋转水斗内的非定常射流干涉 被引量:7
10
作者 韩凤琴 肖业祥 久保田乔 《华南理工大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第6期25-28,共4页
采用动画解析法将冲击式水轮机旋转水斗内部的非定常流动进行时间和空间离散,在各离散的动画单元用拉格朗日法计算流体粒子的运动,模拟了非定常自由水膜流.对同一水斗,将第二射流的流动解析结果与对应的第一射流流态结果相叠加,就可根... 采用动画解析法将冲击式水轮机旋转水斗内部的非定常流动进行时间和空间离散,在各离散的动画单元用拉格朗日法计算流体粒子的运动,模拟了非定常自由水膜流.对同一水斗,将第二射流的流动解析结果与对应的第一射流流态结果相叠加,就可根据叠加的水膜流态判断旋转水斗内的射流干涉现象.文中解析得到了旋转水斗内的射流干涉现象,并将其与模型试验照片的干涉现象进行了比较,确认发生了几乎相同的水膜流干涉. 展开更多
关键词 射流干涉 旋转水斗 多喷嘴 冲击式水轮机 数值解析
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冲击式水轮机斗叶根部型线优化设计 被引量:7
11
作者 符杰 宋文武 王辉艳 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第9期62-65,共4页
应用UG软件完成转轮斗叶模型建立,采用CFD技术对多喷嘴冲击式水轮机内部流动进行数值模拟,并结合ANSYS软件对斗叶应力的分析结果,完成转轮斗叶及根部型线的优化,成功地解决了喷嘴数增加后,射流之间、转轮内部流动之间的流动干涉问题,保... 应用UG软件完成转轮斗叶模型建立,采用CFD技术对多喷嘴冲击式水轮机内部流动进行数值模拟,并结合ANSYS软件对斗叶应力的分析结果,完成转轮斗叶及根部型线的优化,成功地解决了喷嘴数增加后,射流之间、转轮内部流动之间的流动干涉问题,保证了冲击式水轮机转轮的强度和水力性能,使设计的机组运行更加稳定,效率提高。 展开更多
关键词 冲击式水轮机 三维建模 斗叶 数值模拟 应力计算
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水斗式水轮机转轮设计 被引量:6
12
作者 周文桐 周晓泉 《大电机技术》 北大核心 2008年第2期44-53,共10页
本文论述水斗式水轮机的设计,特别论述水斗式水轮机转轮及其水斗的设计,详细解析其设计理论、设计原则及设计方法。
关键词 水斗式水轮机 转轮 水斗 工作面 背面 进水边 分水刃 出水边.
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依透视投影法的冲击式水轮机水斗形状可视化 被引量:1
13
作者 韩凤琴 丁二喜 +3 位作者 沈娜 李龙祥 久保田乔 胡宇锭 《水电能源科学》 2008年第4期157-159,156,共4页
针对三维非正交曲线坐标系下对冲击式水轮机用平行投影法进行可视化投影缺乏现实性、旋转水斗内自由水膜随时空变化非定常的问题,为得到可视化流动解析结果并保持现实感,采用透视投影法最具有现实感。论述了透视投影法的理论依据,并根... 针对三维非正交曲线坐标系下对冲击式水轮机用平行投影法进行可视化投影缺乏现实性、旋转水斗内自由水膜随时空变化非定常的问题,为得到可视化流动解析结果并保持现实感,采用透视投影法最具有现实感。论述了透视投影法的理论依据,并根据转动坐标系和静止坐标系下不同视点和投影图心得到相应的投影结果,与文献摄影结果进行了比较分析,确认了有效性。 展开更多
关键词 视点矢量 图心矢量 透视投影法 可视化画像 水斗 冲击式水轮机
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冲击式水轮机含沙三相流与磨损特性数值研究 被引量:14
14
作者 肖业祥 郭豹 +2 位作者 张瑾 梁权伟 刘洁 《水电与抽水蓄能》 2021年第2期4-10,共7页
冲击式水轮机在高水头水力资源开发中具有重要的应用前景,但其过流部件的泥沙磨损问题会是重要挑战。冲击式机组内部流动过程复杂,流动状态的转换多;挟沙流动时,水气沙三相流动特性尚不明确,目前相关研究仍然较为匮乏。本文采用欧拉—... 冲击式水轮机在高水头水力资源开发中具有重要的应用前景,但其过流部件的泥沙磨损问题会是重要挑战。冲击式机组内部流动过程复杂,流动状态的转换多;挟沙流动时,水气沙三相流动特性尚不明确,目前相关研究仍然较为匮乏。本文采用欧拉—拉格朗日方法对颗粒在冲击式水轮机内的全流动过程进行了数值模拟,详细地分析了三相流的水力特性、泥沙颗粒的流动特性以及磨损分布特点。计算结果显示,颗粒运动特性与理论模型较为吻合,预测的过流部件磨损分布与实测结果较为相似。 展开更多
关键词 冲击式水轮机 旋转水斗 水气沙三相流 泥沙磨损 数值计算
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用于CFD计算的急曲率水斗背面贴体网格离散方法
15
作者 张小英 陈育 +1 位作者 韩凤琴 久保田乔 《水电能源科学》 北大核心 2010年第5期109-111,共3页
针对冲击式水轮机水斗表面的网格生成方法对计算流体流动、水轮机背面干涉和水轮机效率十分重要,基于边缘等分和定向投影建立了一种能适应急曲率水斗正面和背面贴体网格的生成方法,计算得到了一表面曲率急剧变化的水斗贴体网格。研究表... 针对冲击式水轮机水斗表面的网格生成方法对计算流体流动、水轮机背面干涉和水轮机效率十分重要,基于边缘等分和定向投影建立了一种能适应急曲率水斗正面和背面贴体网格的生成方法,计算得到了一表面曲率急剧变化的水斗贴体网格。研究表明,此法简单易行,表面适应性强,对急曲率水斗正、背面均能获得均匀、平滑的贴体网格。 展开更多
关键词 冲击式水轮机 急曲率水斗 贴体坐标网格 直接投影法 四点投影法
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水斗式水轮机的直径比
16
作者 周晓泉 周文桐 《大电机技术》 北大核心 2008年第4期41-44,共4页
本文专题论述水斗式水轮机的直径比,并阐明它与水斗式水轮机的水斗数、喷嘴数等物理量之间的关系。
关键词 水斗式水轮机 直径比 水斗数 喷嘴数
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吉牛水电站冲击式水轮机水斗沙水流动特性及泥沙磨损研究 被引量:3
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作者 邓方雄 罗涛 +6 位作者 卿启维 黄羽 邓慧铭 刘季涛 曾永忠 余志顺 刘小兵 《西华大学学报(自然科学版)》 CAS 2023年第3期86-93,共8页
冲击式水轮机由于水头高,其高速射流引起的水轮机水斗泥沙磨损非常严重。为探究冲击式水轮机在高速水流下泥沙颗粒对水斗的磨损,基于CFD技术对吉牛水电站冲击式水轮机全流域进行液气固三相流动数值计算和水斗泥沙磨损预估,获得转轮水斗... 冲击式水轮机由于水头高,其高速射流引起的水轮机水斗泥沙磨损非常严重。为探究冲击式水轮机在高速水流下泥沙颗粒对水斗的磨损,基于CFD技术对吉牛水电站冲击式水轮机全流域进行液气固三相流动数值计算和水斗泥沙磨损预估,获得转轮水斗的内部流动特性和泥沙磨损情况。结果表明:水斗根部的出水边、水斗工作面靠近根部处以及切口和分水刃磨损严重,分水刃及切口的磨损大于水斗工作面的磨损,分水刃到出水边的磨损率总体上先上升后下降;水斗磨损的计算结果与实测结果较为一致,计算结果仅比实测结果偏大6%左右,说明泥沙磨损预估方法有效可行。本文的研究结果为冲击式水轮机泥沙磨损预估和电站运行维护提供了技术方法和依据。 展开更多
关键词 吉牛水电站 冲击式水轮机 水斗 液气固三相流动 泥沙磨损
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数值法求解斗叶工作面射流微点相对运动轨迹
18
作者 敏政 《甘肃工业大学学报》 1997年第3期33-36,共4页
根据埃杰尔理论,将斗叶工作面剖分成三维有限单元,并编制了一整套程序来计算斗叶工作面射流微点运动轨迹.由CJ22-W-90/1×11水轮机在设计工况下的计算结果表明:CJ22型斗叶工作面型线良好,斗叶数也合适,但斗... 根据埃杰尔理论,将斗叶工作面剖分成三维有限单元,并编制了一整套程序来计算斗叶工作面射流微点运动轨迹.由CJ22-W-90/1×11水轮机在设计工况下的计算结果表明:CJ22型斗叶工作面型线良好,斗叶数也合适,但斗叶倾角应从10.3°增大至15°.将此结果应用于实践,解决了云南元江龙洞水电站机组振动问题. 展开更多
关键词 水斗式水轮机 三维有限元 斗叶 轨迹 射流微点
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冲击式水轮机模型水斗的数控加工 被引量:3
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作者 王启会 金殿彪 《大电机技术》 北大核心 2005年第3期53-55,共3页
介绍了冲击式水轮机模型水斗的数控加工方法,分析了水斗的结构特点以及加工难点,通过采用新的装夹方案,实现了一次装夹完成水斗全型的加工,提高了加工精度及效率。
关键词 水轮机模型 冲击式 水斗 数控加工 加工方法 结构特点 装夹方案 一次装夹 加工精度
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冲击式水轮机内部流动与泥沙磨损特性研究进展 被引量:7
20
作者 范文睿 孙龙刚 +2 位作者 郭鹏程 李琛玺 孙红 《水动力学研究与进展(A辑)》 CSCD 北大核心 2023年第5期774-793,共20页
冲击式水轮机是开发利用高水头段水能资源的主力机型,能够在宽运行区间内实现高效率且低振幅的稳定运行,但其过流部件在结构上不连续、内部流动尺度多变以及流动特性具有强烈的瞬态特征等方面均给试验研究和数值模拟带来了不小的挑战,... 冲击式水轮机是开发利用高水头段水能资源的主力机型,能够在宽运行区间内实现高效率且低振幅的稳定运行,但其过流部件在结构上不连续、内部流动尺度多变以及流动特性具有强烈的瞬态特征等方面均给试验研究和数值模拟带来了不小的挑战,严重制约了冲击式水轮机性能预测及结构优化设计相关研究。该文针对近三十年来冲击式水轮机内部流动与泥沙磨损特性的研究工作展开综述,系统归纳并介绍了流动过程中存在的不稳定现象与其形成机理,阐明了冲击式水轮机内部不良流动与泥沙侵蚀破坏对机组效率和过流部件寿命的影响,总结了改善不良流动和减少泥沙磨损的相关经验以及技术措施,讨论了磨损与空化耦合作用的研究难点,指出更高精度的湍流模型选择、多尺度侵蚀模型的优化改进以及空化与磨损耦合的多相流模拟等方向是未来研究的关键难点,为冲击式水轮机的进一步优化设计以及机组高效可靠运行的实现提供理论基础与技术支持。 展开更多
关键词 冲击式水轮机 喷射机构 斗叶 内部流动 泥沙磨损 空化
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