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Modal analysis of vortex rope and cavitation surge in a diffuser at different swirl and cavitation conditions
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作者 Diana Sofia Puga Gallegos Zhao-hui Qian Xian-wu Luo 《Journal of Hydrodynamics》 2025年第3期584-602,共19页
This study investigates cavitating swirling flow in a diffuser,i.e.,a simplified model of a Francis turbine draft tube,using proper orthogonal decomposition(POD)and dynamic mode decomposition(DMD)applied to velocity a... This study investigates cavitating swirling flow in a diffuser,i.e.,a simplified model of a Francis turbine draft tube,using proper orthogonal decomposition(POD)and dynamic mode decomposition(DMD)applied to velocity and pressure field data.The interaction between vortex rope precession and cavitation surge under varying swirl and cavitation numbers is analyzed.The modal analysis results depicted the coherent structures correlated to the vortex rope precession near the diffuser inlet and the diffuser outlet,and cavitation surge in the diffuser.The POD analysis accurately revealed the flow features in the diffuser:The conical structure represents the flow diffusion with vortex rope precession and the reverse core indicates the backflow in the diffuser for the averaged flow,and the double helical structure near the diffuser inlet for the representative flow oscillation.The typical coherent structures obtained by the DMD for the cavitating swirling flow in the diffuser are the double helical structure concentrated near the diffuser inlet.The double helical structure also appears near the diffuser outlet where the breakdown of vortex rope occurs and the flow oscillation slows down.Once cavitation occurs,the mode induced by cavitation surge and its corresponding coherent structure may change according to the operating condition.The flow oscillation can be changed from the double helical mode to the axial oscillation caused by cavitation surge named breathing mode if cavitation surge becomes strong enough at a small cavitation number or large swirl number. 展开更多
关键词 vortex rope cavitation surge modal analysis proper orthogonal decomposition(POD) dynamic mode decomposition(DMD)
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Exploration of the mechanism of cavitation vortex rope and vortex development in the draft tube of tubular turbine units
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作者 Chuang Cheng Zhenggui Li +5 位作者 Changrong Shen Shenglong Gu Chuchu Zeng Chuanzheng Bai Meng Liu Junfeng Hu 《International Journal of Agricultural and Biological Engineering》 SCIE 2024年第1期163-171,F0002,共10页
Draft tube vortex rope is considered a special cavitation flow phenomenon in tubular turbine units.Cavitation vortex rope is one of the most detrimental factors affecting the safety of hydraulic turbines.In this study... Draft tube vortex rope is considered a special cavitation flow phenomenon in tubular turbine units.Cavitation vortex rope is one of the most detrimental factors affecting the safety of hydraulic turbines.In this study,ANSYS CFX software was utilized to numerically simulate the internal cavitation flow of a hydraulic turbine draft tube.The evolution of the cavitation vortex core was characterized by vortex line distribution and vorticity transport equation.The shape and number of blades influenced the revolving direction and distribution characteristics of the vortex close to the runner cone,which formed a counterclockwise-clockwise-counterclockwise distribution pattern.Simultaneously,there were many secondary flows in the draft tube.Mutual cancellation and dissipation between the flows was one of the reasons for reduction in vorticity.When the cross-sectional shape of the draft tube was changed,the vorticity was distributed from the center of the vortex rope to all parts of the cross-sectional draft tube,with extreme values at the center and at the walls.The vortex stretching and dilatation terms played a major role in the change in vorticity,with the baroclinic torque having an effect at the center of the vortex rope,this study is helpful to understand the flow of water in the draft tube and guide the design and optimization of the draft tube in engineering application. 展开更多
关键词 CAVITATION vortex rope vorticity transport equation vortex line draft tube
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Suppression of vortex rope oscillation and pressure vibrations in Francis turbine draft tube using various strategies 被引量:3
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作者 Lei Zhu Rui-zhi Zhang +2 位作者 An Yu Li Lu Xian-wu Luo 《Journal of Hydrodynamics》 SCIE EI CSCD 2021年第3期534-545,共12页
The vortex rope usually occurs in the draft tube of the Francis turbine operated under part-load conditions,to induce strong low-frequency pressure vibrations,and therefore,is very harmful to the safety of the hydropo... The vortex rope usually occurs in the draft tube of the Francis turbine operated under part-load conditions,to induce strong low-frequency pressure vibrations,and therefore,is very harmful to the safety of the hydropower unit.In the present work,three kinds of strategies are extensively investigated,i.e.,the installations of the ventilation and the fin,as well as the hybrid strategy of the air admission through a fin,so as to effectively suppress the vortex rope oscillation and the pressure vibration in the draft tube of a Francis turbine,whose specific speed is 125 m-kW.For the unsteady flow simulation,the Reynolds averaged Navier-Stokes(RANS)method is applied coupled with the k-ω SST turbulence model and a homogeneous cavitation model.The flow analysis confirms that the low-frequency pressure vibrations are originated from the periodical oscillation of the vortex rope,and the cavitation usually enhances the vortex rope oscillation in the draft tube.Under the part-load condition,the dominant component of the pressure vibration in the draft tube has a frequency,for example,f_(1),lower than the runner rotating frequency f_(n).It is shown that all three strategies can be adopted to alleviate the vortex rope oscillation and the pressure vibrations in the draft tube,but their suppression mechanisms are quite different.The ventilation of an adequate amount from the turbine runner cone can change the vortex rope geometry from the spiral type to the cylindrical type,suppress the vortex rope oscillation,and consequently create the homogeneous distributions of the pressure and the pressure gradient in the draft tube.On the other hand,a fin installed at the draft tube wall can induce a small extra rope,and the interaction between the main vortex rope and the extra rope changes the flow field and alleviates the pressure vibration in the draft tube.It should be noted that a fin is much more effective to suppress the pressure vibration in the draft tube under the cavitation condition than under the non-cavitation condition.A better effect of suppressing the vortex rope oscillation can be achieved by the air admission through a fin,which is studied numerically in this paper.The result indicates that the air admission can further improve the effect of a fin for suppressing the pressure vibration in the inlet cone of the draft tube.This improvement is due to the stronger interaction between the main vortex rope and the extra air rope.However,the air admission through a fin should be carefully treated because the strong interaction may induce a larger pressure vibration in the elbow of the draft tube.Finally,it is clear that any strategy for suppressing the pressure vibration hardly changes the dominant component frequency f_(1),which is in the range of 0.22 f_(n)-0.23 f_(n) due to the main vortex rope oscillation in this study.The current results may be used in various engineering applications,where the active control of the vortex oscillation and the pressure vibrations with or without the cavitation is necessary. 展开更多
关键词 Francis turbine vortex rope pressure vibration ventilation fin installation
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Runner cone optimization to reduce vortex rope-induced pressure fluctuations in a Francis turbine 被引量:1
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作者 LI DeYou YU Liang +3 位作者 YAN XuYu WANG HongJie SHI Qian WEI XianZhu 《Science China(Technological Sciences)》 SCIE EI CAS CSCD 2021年第9期1953-1970,共18页
Pressure fluctuations induced by a vortex rope are the major causes of hydraulic turbine vibration in partial load operating conditions. Hence, an effective control strategy should be adopted to improve rotating chara... Pressure fluctuations induced by a vortex rope are the major causes of hydraulic turbine vibration in partial load operating conditions. Hence, an effective control strategy should be adopted to improve rotating characteristics of the vortex rope and reduce the corresponding pressure fluctuation. In this study, two new types of runner cones(i.e., abnormally shaped and long straight cones) were proposed to optimize the pressure distribution in the draft tube, and unsteady numerical simulations were performed to determine their mechanism of action. Numerical results were validated using flow observation and pressure fluctuation experiments. Detailed analyses were conducted to understand the effects of the helical vortex rope operating conditions. The results indicated that pressure fluctuations in the draft tube at partial load operation result primarily from low frequency fluctuations induced by the rotation of the helical vortex rope, whose amplitudes are related to the rotating radius of the helical vortex rope. Both runner cone types could effectively reduce the pressure-fluctuation amplitude. The long straight type could reduce the amplitude of low-frequency fluctuation induced by vortex rope to a maximum of 74.08% and the abnormalshape type to 38.31%. Thus, the effective optimization of the runner cone can potentially reduce pressure-fluctuation amplitudes.Our research findings were applied to a real hydraulic plant in China. 展开更多
关键词 Francis turbine vortex rope runner cone optimization low frequency fluctuation
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水泵水轮机低负荷区流动及熵产特性研究 被引量:1
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作者 王子瑞 张军智 +2 位作者 谢永兰 王李科 金东兵 《水力发电学报》 北大核心 2025年第7期131-139,共9页
为了适应新型电力系统的调节需求,水泵水轮机需要在更宽广的负荷范围内运行,在低负荷运行时会导致机组的性能下降,影响安全稳定运行。因此以原型水泵水轮机为研究对象,采用数值模拟的方法研究了不同运行负荷下水泵水轮机的内部流动特性... 为了适应新型电力系统的调节需求,水泵水轮机需要在更宽广的负荷范围内运行,在低负荷运行时会导致机组的性能下降,影响安全稳定运行。因此以原型水泵水轮机为研究对象,采用数值模拟的方法研究了不同运行负荷下水泵水轮机的内部流动特性,采用熵产理论分析了运行负荷与能量损失和流动结构的关系。结果表明,熵产损失以脉动熵产为主,负荷下降后,相对液流角下降,在转轮叶片进口的流动分离形成低速区,在50%负荷工况低流速区在转轮内交替出现,并且在叶片进口沿周向出现了涡结构,阻塞水流进入流道,导致转轮内熵产损失和占比均明显增加。转轮出口水流的切向速度与尾水管涡带的形成有密切关系,随着负荷减小,切向速度逐渐增大,流进入尾水管后周向运动趋势增强,涡带从柱状涡带发展为螺旋形涡带,并且在深度低负荷区转变为双螺旋涡带。研究成果为抽水蓄能电站安全稳定运行提供理论支撑。 展开更多
关键词 水泵水轮机 熵产理论 低负荷 涡带 流场
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水泵水轮机尾水管涡带对机组稳定性特性影响研究 被引量:3
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作者 王正伟 田茂刚 +2 位作者 宋希杰 陈显龙 雷家旺 《大电机技术》 2025年第2期105-112,共8页
尾水管涡带是造成水泵水轮机水力振动的重要因素之一。为研究水泵水轮机尾水管涡带对机组稳定性的影响,本文以五岳抽水蓄能电站为依托,基于SST k-ω湍流模型,针对水泵水轮机三种不同运行工况进行数值模拟。重点比较了不同开度下水泵水... 尾水管涡带是造成水泵水轮机水力振动的重要因素之一。为研究水泵水轮机尾水管涡带对机组稳定性的影响,本文以五岳抽水蓄能电站为依托,基于SST k-ω湍流模型,针对水泵水轮机三种不同运行工况进行数值模拟。重点比较了不同开度下水泵水轮机尾水管涡带对机组稳定性特性影响。结果表明:水泵水轮机在偏离最优工况下运行时,在直锥管中心位置出现了大范围的低压区,尾水管内部产生清晰可见的涡带。由于涡带产生,会在尾水管直锥段形成同心圆柱形状的高湍动能区。随着导叶开度的增大,尾水管涡带在不断增大,在大开度下,转轮压力脉动低频脉动的影响逐渐减弱,受高频脉动影响大,转轮和尾水管压力脉动波动幅度较大。涡带产生的压力脉动逆向传递到水泵水轮机的转轮内,导致转轮叶片上的应力分布不均匀,在叶片根部出现较大的应力集中区域。随着导叶开度的增加,转轮中的应力集中区域呈现不断扩大的趋势,应力大小也在不断增加。因此,此水泵水轮机可在20°开度下长期运行,应避开在30°下运行。 展开更多
关键词 水泵水轮机 数值模拟 涡带 压力脉动 机组稳定
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旋流涡带形态稳定性调控方法研究
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作者 徐用良 李金凤 +1 位作者 尹俊连 徐萌 《大电机技术》 2025年第5期85-92,共8页
尾水涡带的几何形态对于水力发电机组的稳定运行具有决定性影响。本研究提出了一种针对涡带形态的调控策略,并通过数值模拟技术深入分析了不同调控参数对涡带形态转变效果及支管引水率的影响规律。最终,通过实验手段对所提出的调控策略... 尾水涡带的几何形态对于水力发电机组的稳定运行具有决定性影响。本研究提出了一种针对涡带形态的调控策略,并通过数值模拟技术深入分析了不同调控参数对涡带形态转变效果及支管引水率的影响规律。最终,通过实验手段对所提出的调控策略进行了验证。研究结果表明,降低调控压力P、减少调控位置h以及增加调控管径d均有助于促进涡带从螺旋形态向圆柱形态的转变。降低调控压力P和增加调控管径d均会导致支管引水率显著提升,而调控位置h的调整对支管引水率的影响相对较小,因此调控位置h被视为一个较为理想的调控参数。实验验证了该调控方法能够有效地实现涡带从不稳定的螺旋形态向稳定的细直圆柱形态的转变。 展开更多
关键词 尾水管涡带 稳定性 气液两相流 数值模拟
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混流式水轮机尾水管流动及压力脉动特性优化研究
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作者 袁聪 蒋涛 +3 位作者 王康生 邵园园 徐连琛 郑源 《中国农村水利水电》 北大核心 2025年第6期188-191,共4页
混流式水轮机尾水管涡带及压力脉动特性是机组稳定运行的最大威胁。为缓解尾水管涡带并降低压力脉动幅值,设计了两种结构优化方案,采用数值模拟的方法对尾水管内的流动特性及压力脉动特性进行了分析。通过对比发现,尽管安装导流装置或... 混流式水轮机尾水管涡带及压力脉动特性是机组稳定运行的最大威胁。为缓解尾水管涡带并降低压力脉动幅值,设计了两种结构优化方案,采用数值模拟的方法对尾水管内的流动特性及压力脉动特性进行了分析。通过对比发现,尽管安装导流装置或加沟槽后,压力脉动幅值均能有效降低,但增加尾水管导流装置的效率更高。最终认为,在尾水管中增加导流板可以有效的优化机组的稳定性,提高机组宽负荷运行性能提供解决思路。 展开更多
关键词 混流式水轮机 尾水管 涡带 压力脉动 性能优化
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巨型混流式水轮机小流量工况下高保真数值模拟
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作者 易万爽 薛炳 +3 位作者 宋晶辉 徐波 王文全 杜娟 《水力发电》 2025年第4期69-74,共6页
由于水电机组参与电网深度调峰,常规混流式水轮机在小流量工况下运行的概率急剧增加,小流量工况下的流动特性值得深入研究。通过DES湍流模型对某巨型混流式水轮机进行全流道三维精细化数值模拟,分析了机组在4种小流量工况下的内部流态... 由于水电机组参与电网深度调峰,常规混流式水轮机在小流量工况下运行的概率急剧增加,小流量工况下的流动特性值得深入研究。通过DES湍流模型对某巨型混流式水轮机进行全流道三维精细化数值模拟,分析了机组在4种小流量工况下的内部流态、叶道涡、尾水涡带及压力脉动的演化特性。结果表明,随着负荷增加,叶道涡的尺度呈降低趋势,在500 MW的工况,管状叶道涡基本消失。在小流量运行时,尾水管直锥段近壁面附近形成明显的环向贴壁涡绳,在向下游进动过程中,随着速度逐渐降低,不断分裂成小尺度的涡绳,并向尾水管中心扩散,但至500 MW时,边壁环向涡绳基本消失,尾水管中心处形成较为稳定的螺旋进动涡带,造成压力脉动幅值的增加。受尾水涡带和动静干涉的影响,转轮与导叶间无叶区可以监测到0.2倍频、0.5倍频、15倍频和30倍转频的压力脉动。小流量工况下尾水管内高幅值压力脉动频率集中在0.2~0.5倍频,且总体上呈现较宽压力脉动频带(达到5倍转频范围),并随功率增加,频带范围呈现逐渐收缩的趋势。 展开更多
关键词 混流式水轮机 长短叶片 小流量工况 叶道涡 尾水涡带 压力脉动 数值模拟
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灯泡贯流式水轮机增减负荷动态特性分析 被引量:4
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作者 赵亚萍 赵晨 +2 位作者 秦笛舸 郑小波 郭鹏程 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期99-108,F0003,共11页
水轮机频繁经历变负荷工况转换过程,使得机组在较短时间内工作参数急剧变化,严重影响电站稳定运行。该研究以某贯流式水轮机为研究对象,在考虑自由液面和水体重力的情况下,采用动网格技术对贯流式水轮机相同出力范围下的减、增负荷过渡... 水轮机频繁经历变负荷工况转换过程,使得机组在较短时间内工作参数急剧变化,严重影响电站稳定运行。该研究以某贯流式水轮机为研究对象,在考虑自由液面和水体重力的情况下,采用动网格技术对贯流式水轮机相同出力范围下的减、增负荷过渡过程的动态特性进行分析。研究结果表明:由于增负荷和减负荷过渡过程的起始工况导致起始流动状态不同,因此在相同出力时,机组内的流动分布不同,减负荷过程尾水管内的涡流面积及强度明显小于增负荷工况,且尾水管涡带尺度也明显小于增负荷过程;相比于增负荷过程,减负荷过程中转轮叶片大范围的低压区极易引发空化;机组内的水压力脉动主要以尾水管涡带引起的0.1f_n(f_n为转频)低频压力脉动和转轮的旋转引起3f_n的高频压力脉动为主,增负荷过程的压力脉动幅值明显大于减负荷过程,两种压力脉动共同作用,使得贯流式水轮机主要振动区域集中于转轮。研究结果对贯流式水轮机的设计与运行具有一定的指导意义。 展开更多
关键词 数值模拟 振动 压力脉动 增减负荷过渡过程 涡带 水轮机
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大型岔管内螺旋流涡带数值分析研究 被引量:2
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作者 申艳 姜姿云 +3 位作者 杨利 宋蕊香 王薇 郭苗 《水利学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第7期827-837,共11页
岔管部件广泛应用于常规水电站、抽水蓄能电站等重要水力发电工程。大型岔管(D主≥6 m)由于岔管外形,肋板结构及内部流态三因素耦合可能导致螺旋流涡带,其对岔管的水力损失具有不可忽略的消极后果。本文基于经典k-ε湍流模型联合考虑实... 岔管部件广泛应用于常规水电站、抽水蓄能电站等重要水力发电工程。大型岔管(D主≥6 m)由于岔管外形,肋板结构及内部流态三因素耦合可能导致螺旋流涡带,其对岔管的水力损失具有不可忽略的消极后果。本文基于经典k-ε湍流模型联合考虑实际岔管材料壁面粗糙率,构建了考虑壁面真实粗糙度的钢岔管内部流态k-ε湍流模型。计算结果与实验数据对比验证了本文构建数值模型的有效性及准确性。随后采用导流叶片策略有效消除了大型岔管内的螺旋流涡带现象。研究结果表明:多导流叶片优化方案可有效减少和消除大型岔管中的螺旋流态,并减少岔管水力损失。具体地,对岔管支管路中不同流量工况,优化后的主管路部分流线分布均匀,最大流速位于岔管支管路弯管(内弯)附近;优化后岔管肋板两端涡旋流态基本消除。对岔管支管流量不均匀工况,支管路内螺旋流涡带流态明显减缓,只存在少量螺旋流态。本文研究结果可对岔管水力优化设计及相近研究领域提供一定参考。 展开更多
关键词 计算流体力学 螺旋流涡带 导流叶片 水力损失 水力优化 数值研究 大型岔管
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运行负载扰动条件下水轮机流态演化和空化性能研究 被引量:1
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作者 郭涛 张晋铭 +2 位作者 孙震 罗竹梅 李晓俊 《工程力学》 EI CSCD 北大核心 2024年第12期224-236,共13页
空化现象是流体在能量转换过程中特有的一种不稳定水力现象,严重时可导致水力机械过流部件因空蚀损伤而造成惨重损失。为探究不同负载条件下混流式水轮机内部空化现象与涡流流动特征之间的关联,针对不同负荷工况下水轮机展开全流道三维... 空化现象是流体在能量转换过程中特有的一种不稳定水力现象,严重时可导致水力机械过流部件因空蚀损伤而造成惨重损失。为探究不同负载条件下混流式水轮机内部空化现象与涡流流动特征之间的关联,针对不同负荷工况下水轮机展开全流道三维空化流数值计算。结果表明:机组内的空化现象主要存在于流动特征较为复杂的转轮和尾水管流域,空化剧烈程度随机组负荷减小而增强,最小负荷工况相较额定工况,转轮流域空泡体积峰值增长约32倍;104%超负荷工况和额定工况下,尾水管涡带形态呈轴向直涡状旋流结构纺锤体涡带。机组负荷减小至93%和80%时,涡带结构主导了尾水管流域的流动特征,受涡带结构对周围流体的“排挤”作用和偏心螺旋型运动作用,流动状态的轴对称性被打破,使得涡核周围高速区流体的强度和位置也随着涡带的时域变迁而改变。涡核中心产生空化现象,涡带形态演化为空腔螺旋涡带;机组负荷继续减小,尾水管内流体周向旋转的牵连速度分量逐渐极致占优,受限于尾水管内流量不够充沛,导致尾水管涡带形态难以保持稳定运转,在64%和47%低负荷工况下,巨大空腔挤占尾水管空间并压迫管壁流体,涡带结构破碎形成空腔拧漩流涡带;低负荷工况下,尾水管流域空泡体积波动呈频率为0.075倍~0.225倍转轮转频的低频脉动,其波动频率随负荷降低而减小,尾水管内空泡体积的波动可能诱使尾水管壁出现低频压力脉动成分。 展开更多
关键词 混流式水轮机 空化数值模拟 尾水管涡带 部分负荷 压力脉动
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Two-Dimensional Numerical Simulation of Flow Around Three-Stranded Rope
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作者 WANG Xinxin WAN Rong +2 位作者 HUANG Liuyi ZHAO Fenfang SUN Peng 《Journal of Ocean University of China》 SCIE CAS 2016年第4期627-636,共10页
Three-stranded rope is widely used in fishing gear and mooring system. Results of numerical simulation are presented for flow around a three-stranded rope in uniform flow. The simulation was carried out to study the h... Three-stranded rope is widely used in fishing gear and mooring system. Results of numerical simulation are presented for flow around a three-stranded rope in uniform flow. The simulation was carried out to study the hydrodynamic characteristics of pressure and velocity fields of steady incompressible laminar and turbulent wakes behind a three-stranded rope. A three-cylinder configuration and single circular cylinder configuration are used to model the three-stranded rope in the two-dimensional simulation. The governing equations, Navier-Stokes equations, are solved by using two-dimensional finite volume method. The turbulence flow is simulated using Standard κ-ε model and Shear-Stress Transport κ-ω(SST) model. The drag of the three-cylinder model and single cylinder model is calculated for different Reynolds numbers by using control volume analysis method. The pressure coefficient is also calculated for the turbulent model and laminar model based on the control surface method. From the comparison of the drag coefficient and the pressure of the single cylinder and three-cylinder models, it is found that the drag coefficients of the three-cylinder model are generally 1.3–1.5 times those of the single circular cylinder for different Reynolds numbers. Comparing the numerical results with water tank test data, the results of the three-cylinder model are closer to the experiment results than the single cylinder model results. 展开更多
关键词 cylinder turbulent Reynolds turbulence laminar circular hydrodynamic governing incompressible Navier
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尾水管内气液两相流动测量 被引量:1
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作者 李金凤 陈武光 +4 位作者 张正川 徐用良 李开盈 尹俊连 王德忠 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期1188-1200,共13页
当水轮机在部分负荷工况下运行时,尾水管内会形成不稳定的螺旋涡带流动,导致严重的流量不平衡,进而影响系统动态特性.获取尾水管内完整的气液两相流动,是分析涡带生成和发展机理从而对其进行有效控制的基础.为此,本文突破传统测量技术... 当水轮机在部分负荷工况下运行时,尾水管内会形成不稳定的螺旋涡带流动,导致严重的流量不平衡,进而影响系统动态特性.获取尾水管内完整的气液两相流动,是分析涡带生成和发展机理从而对其进行有效控制的基础.为此,本文突破传统测量技术在气液两相流测量中的局限性,结合粒子图像测速和脉冲阴影技术,同步测量液相速度场和两个垂直方向的涡带形态.分析不同涡带形态的演化过程,进一步通过图像处理获取螺旋涡带的直径和空间信息,实现单螺旋涡带的三维重建,得到单螺旋涡带清晰的三维形态和旋转进动过程.最后对尾水管内呈现单螺旋涡带时的液相速度场进行分析,并将液相速度场与涡带的三维形态进行空间关联分析.实验研究表明:尾水管内涡带呈现单螺旋、双螺旋、气芯堆叠3种形态的不稳定循环流动演化,单螺旋涡带局部一分为二时,会转化为双螺旋涡带;单螺旋涡带局部螺旋升角不断减小时,会发生涡带堆叠破裂;尾水管内呈现单螺旋涡带时,涡带整体随液相主流绕中心轴线旋转进动,同时涡带自身局部存在绕某一轴线的旋转,涡带形态的螺旋旋向与整体旋转进动的螺旋旋向相反.流动根据轴向速度分为外围主流区和中心滞止区两部分,主流区和滞止区之间的剪切层卷起形成旋涡,液相旋涡的位置决定了螺旋涡带的空间形态. 展开更多
关键词 尾水管涡带 气液两相流 粒子图像测速 脉冲阴影 涡带三维重建
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贯流式水轮机转轮偏心对尾水管涡带的影响 被引量:1
15
作者 吴延昭 朱迪 +2 位作者 陶然 魏志聪 肖若富 《工程热物理学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期2369-2374,共6页
贯流式水轮机被广泛应用于低水头电站的开发中,由于转轮叶顶间隙的存在,其安装会出现偏心的情况。而转轮对于尾水管涡带的形成与发展具有重要的影响。因此本研究通过数值模拟方法,分析了不同偏心距对涡带涡旋结构和能量耗散的影响。研... 贯流式水轮机被广泛应用于低水头电站的开发中,由于转轮叶顶间隙的存在,其安装会出现偏心的情况。而转轮对于尾水管涡带的形成与发展具有重要的影响。因此本研究通过数值模拟方法,分析了不同偏心距对涡带涡旋结构和能量耗散的影响。研究结果表明,转轮偏心会对涡带的扩张程度产生明显的影响,但是对涡带的长度影响不大,同时其会破坏尾水管中熵产率高值区的范围和结构,使高值区的中心愈发偏离轴心,造成能量耗散的不稳定。 展开更多
关键词 贯流式水轮机 转轮偏心 涡带 熵产率
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变速抽水蓄能机组水力性能和尾水管涡流特性研究 被引量:2
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作者 于安 陈磊 +1 位作者 唐亦波 周大庆 《水动力学研究与进展(A辑)》 CSCD 北大核心 2024年第6期916-924,共9页
抽水蓄能机组在运行中会经常进行工况转换,经历大量的过渡过程,机组的性能和稳定性受到很大影响。变速抽水蓄能机组具有水泵功率有效调节、有功率高速调节及较强的进相运行能力,可实现自启动,适应更宽水头范围运行,是未来抽水蓄能技术... 抽水蓄能机组在运行中会经常进行工况转换,经历大量的过渡过程,机组的性能和稳定性受到很大影响。变速抽水蓄能机组具有水泵功率有效调节、有功率高速调节及较强的进相运行能力,可实现自启动,适应更宽水头范围运行,是未来抽水蓄能技术发展的重要方向之一。该文基于三维数值模拟,对可变速水泵水轮机在水轮机工况的水力性能进行了深入分析,得到各出力下的最优转速;同时,基于熵产理论分析了水泵水轮机各部分的水力损失分布和损失来源;最后,借助尾水管内流特性的分析解释水力损失的形成机理。 展开更多
关键词 可变速水泵水轮机 水轮机工况 能量特性 内流特性 尾水管涡带
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绳结涡旋对绳索抗拉性能的影响 被引量:1
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作者 王哲 赵海涛 +1 位作者 刘扬 陈吉安 《机械科学与技术》 CSCD 北大核心 2024年第3期526-532,共7页
PBO绳索具有优良的性能,被广泛应用于航空、航天等诸多领域。本文以PBO绳索的绳结为研究对象,通过打结绳索和未打结绳索拉伸实验对比,发现绳索打结极大地降低了绳索的抗拉性能。为了深入探究打结使绳索抗拉性能降低的原因,利用UG软件建... PBO绳索具有优良的性能,被广泛应用于航空、航天等诸多领域。本文以PBO绳索的绳结为研究对象,通过打结绳索和未打结绳索拉伸实验对比,发现绳索打结极大地降低了绳索的抗拉性能。为了深入探究打结使绳索抗拉性能降低的原因,利用UG软件建立了绳结模型,从绳结涡旋和等效长度的角度进行研究。经过对多种绳结的拉伸实验研究,提出了一种评估打结对绳索抗拉性能影响的方法,并用实验验证。结果表明:该评估方法能根据绳结等效长度和涡旋总边数的比值,实现对绳结的抗拉性能评估;为新绳结的设计及评估提供参考。 展开更多
关键词 PBO绳索 绳结 涡旋 抗拉性能
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基于Omega涡识别方法的径流式水涡轮尾水管涡带特性 被引量:2
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作者 蒋宇浩 汤玲迪 《排灌机械工程学报》 CSCD 北大核心 2024年第4期395-402,共8页
为了研究水涡轮尾水管的涡带特性与Omega涡识别方法对尾水管涡带的识别效果,对比了Q准则和λ_(2)准则以及Omega涡识别方法对尾水管涡带的识别效果,并基于Omega方法和降维的Omega方法分析了不同工况下尾水管的涡带特性.结果表明:对于径... 为了研究水涡轮尾水管的涡带特性与Omega涡识别方法对尾水管涡带的识别效果,对比了Q准则和λ_(2)准则以及Omega涡识别方法对尾水管涡带的识别效果,并基于Omega方法和降维的Omega方法分析了不同工况下尾水管的涡带特性.结果表明:对于径流式水涡轮,通过合理调整阈值,Q准则和λ_(2)准则以及Omega涡识别方法均能识别到清晰合理的尾水管涡结构,而Omega方法阈值选取区间较小且具有不敏感性;水涡轮尾水管在小流量工况时会出现较长的涡带,不利于机械的稳定性.同时运用二维Omega涡识别方法与拟涡能指标,在不同工况下对尾水管各监测面进行定量分析,确定涡量浓度高的区域,研究尾水管的能量耗散规律.结果发现,尾水管进水口到弯管之间的区域涡量浓度最高,能量耗散最大,流态最不稳定,这可为该型式水涡轮的结构优化提供理论参考与数据支撑. 展开更多
关键词 尾水管涡带 涡识别 数值模拟 Omega方法 拟涡能
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基于弱可压的混流式水轮机流动特性数值研究
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作者 文强 郭鹏程 +1 位作者 王钊宁 孙龙刚 《水电站机电技术》 2024年第8期9-14,143,共7页
高水头混流式水轮机由于水轮机上下游具有较高的压差,水流在高压力下呈弱可压缩性,影响机组内流特性的分布规律。为进一步探究弱可压缩性对水轮机压力脉动及涡流特性的影响,本文考虑水流的弱可压缩性,对Francis99高水头模型水轮机部分... 高水头混流式水轮机由于水轮机上下游具有较高的压差,水流在高压力下呈弱可压缩性,影响机组内流特性的分布规律。为进一步探究弱可压缩性对水轮机压力脉动及涡流特性的影响,本文考虑水流的弱可压缩性,对Francis99高水头模型水轮机部分负荷流动特性开展非稳态数值研究。结果表明,在忽略和考虑可压缩两种模式下,水轮机无叶区及转轮内压力脉动信号脉动规律较一致。可压缩模式同时预测到尾水管内的低频高振幅和高频低振幅压力脉动信息,且与测试结果更为吻合,表明弱可压缩性对尾水管内流动信息的准确捕捉有重要影响。对压力信号进行同步和非同步分解后发现,表征涡带旋转的非同步分量主导了尾水管涡带的运动。进一步,考虑水流的可压缩性捕捉到的螺旋状尾水管涡带在整个演化周期内均显示为连续结构,且回流区与涡带位置相对应,表明涡带所占据的区域内主要由回流运动主导。 展开更多
关键词 尾水管涡带 可压缩性 压力脉动 回流 混流式水轮机
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水泵水轮机在水轮机工况下压力脉动特性 被引量:33
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作者 钱忠东 陆杰 +1 位作者 郭志伟 张建军 《排灌机械工程学报》 EI CSCD 北大核心 2016年第8期672-678,共7页
为了研究水泵水轮机在水轮机工况下的压力脉动特性,采用SST k-ω湍流模型对模型水泵水轮机在水轮机工况下的三维非定常湍流进行模拟.在试验验证的基础上,通过调整活动导叶的开度以实现机组不同的运行工况,分析了3种流量工况下导叶、转... 为了研究水泵水轮机在水轮机工况下的压力脉动特性,采用SST k-ω湍流模型对模型水泵水轮机在水轮机工况下的三维非定常湍流进行模拟.在试验验证的基础上,通过调整活动导叶的开度以实现机组不同的运行工况,分析了3种流量工况下导叶、转轮和尾水管内的压力脉动规律.结果表明,尾水涡带形态和旋转方向对机组压力脉动的影响很大:在小流量工况下,尾水涡带为螺旋状,旋转方向与转轮转动方向相同,转轮出口产生强烈的低频压力脉动,转轮叶片上的压力脉动频率约为转轮转频的0.62倍,尾水管压力脉动主频约为转轮转频的0.36倍;在最优工况和大流量工况下,尾水涡带变为管状,转轮出口压力脉动幅值变小,在转轮叶片表面检测到与尾水管压力脉动主频相同的压力脉动;大流量工况下涡带旋转方向与转轮旋转方向相反,尾水管内压力脉动的最大值出现在弯肘段区域. 展开更多
关键词 水泵水轮机 水轮机工况 非定常湍流 压力脉动 尾水涡带
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