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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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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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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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Two-Dimensional Numerical Simulation of Flow Around Three-Stranded Rope 被引量:1
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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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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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巨型混流式水轮机小流量工况下高保真数值模拟 被引量:1
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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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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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巨型混流式水轮机增负荷瞬变过程高保真数值模拟
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作者 耿清华 廖祥波 +3 位作者 陶吉全 邓玮琪 陈岳嘉 王文全 《水力发电》 2025年第12期50-54,100,共6页
针对水电机组参与深度调峰引发的频繁负荷调整问题,基于三维耦合方法对某巨型混流式水轮机在50%~55.6%额定功率的瞬态增负荷过程开展了全流道数值模拟,对其涡结构演化路径与压力脉动特性进行研究。结果表明,在50%和55.6%额定功率的稳态... 针对水电机组参与深度调峰引发的频繁负荷调整问题,基于三维耦合方法对某巨型混流式水轮机在50%~55.6%额定功率的瞬态增负荷过程开展了全流道数值模拟,对其涡结构演化路径与压力脉动特性进行研究。结果表明,在50%和55.6%额定功率的稳态工况下,尾水管内流态以近壁区贴壁涡为主,增负荷启动1 s内,贴壁涡涡强快速衰减,同时中心区域形成大尺度的偏心涡带。转轮径向力受偏心涡带、动静干涉及水锤的多源耦合激励,在增负荷过程中呈现宽频化能量分布;轴向力在导叶动作瞬间因水流剧变而产生强瞬态冲击,导致转轮受力剧烈变化。通过布置于尾水管内的测点压力分析发现,进口近壁区压力脉动以动静干涉高频成分为主,瞬态水锤幅值相对较小;下游壁面测点压力则由尾水涡带主导,频率在0.2f_n附近,动静干涉频率幅值快速衰减,水锤引起压力突变明显,同时也受到尾水涡带的强烈影响。 展开更多
关键词 混流式水轮机 增负荷 尾水涡带 压力脉动
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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:34
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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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原型水轮机的非定常湍流计算和尾水管压力脉动分析 被引量:18
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作者 刘树红 邵奇 +2 位作者 杨建明 吴玉林 戴江 《水力发电学报》 EI CSCD 北大核心 2005年第1期74-78,共5页
本文对三陕原型混流式水轮机进行了三维非定常湍流计算 ,得到了水轮机的非定常流场 ,预测了尾水管内的压力脉动。通过与模型试验结果进行比较可以看出 ,本计算能够比较准确地预测尾水管内的压力脉动。本文还根据计算结果分析了尾水管内... 本文对三陕原型混流式水轮机进行了三维非定常湍流计算 ,得到了水轮机的非定常流场 ,预测了尾水管内的压力脉动。通过与模型试验结果进行比较可以看出 ,本计算能够比较准确地预测尾水管内的压力脉动。本文还根据计算结果分析了尾水管内非定常涡带产生和传播的原理。 展开更多
关键词 水力机械 非定常流动 数值模拟 压力脉动 尾水管涡带
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混流式水轮机定常流动分析 被引量:17
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作者 罗兴锜 姬晋廷 +2 位作者 逯鹏 廖伟丽 华晔 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第4期208-213,218,共7页
通过混流式水轮机全流道的定常流动数值模拟,研究混流式水轮机内部尤其是尾水管在不同工况下的流动特点,目的在于探明引起混流式水轮机内部流动不稳定的真正原因。计算结果表明,引水部件的流动,蜗壳鼻端处压力波动均较为剧烈,周向分布... 通过混流式水轮机全流道的定常流动数值模拟,研究混流式水轮机内部尤其是尾水管在不同工况下的流动特点,目的在于探明引起混流式水轮机内部流动不稳定的真正原因。计算结果表明,引水部件的流动,蜗壳鼻端处压力波动均较为剧烈,周向分布不均匀,但是经过固定导叶和活动导叶的过滤后周向分布基本对称。转动部分的流动,小开度低单位转速时,较小的导叶出流角,使转轮叶片头部受到撞击,叶片上横向流动和背面的叶道涡严重,转轮出口靠上冠处有回流和横向流动,泄水锥下方回流严重;大开度时,转轮进出口流态都得到改善。尾水管内,小开度时,锥管中心回流严重,大部分水流流向外缘,受肘管的影响,锥管和肘管内部形成两个涡流区,主流流经支墩左侧,右侧较为紊乱;最优开度时,尾水管内部水流流线顺畅,支墩两侧水流平稳性基本一致;大开度时,尾水管主流向锥管中心聚拢,经过肘管的转弯时,出现很多局部的旋涡流动,支墩右侧水流相对平稳,而左侧较为紊乱。研究结果为压力脉动测量位置的选择提供理论依据。 展开更多
关键词 混流式水轮机 定常流动 尾水管涡带 数值模拟
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混流式水轮机的非定常流动分析 被引量:21
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作者 廖伟丽 姬晋廷 +1 位作者 逯鹏 罗兴锜 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第6期134-140,共7页
通过混流式水轮机定常和非定常流动计算,研究混流式水轮机在不同开度下的流动特点,阐述非定常流动分析结果。非定常流动计算结果表明:开度a12时,转轮出口靠近上冠处压力脉动不显著,中间流线和下环处脉动较为强烈;尾水管中涡带主要集中... 通过混流式水轮机定常和非定常流动计算,研究混流式水轮机在不同开度下的流动特点,阐述非定常流动分析结果。非定常流动计算结果表明:开度a12时,转轮出口靠近上冠处压力脉动不显著,中间流线和下环处脉动较为强烈;尾水管中涡带主要集中于直锥段,呈螺旋型,在肘管处逐渐变小消失。尾水管内部压力脉动主要集中在直锥段和肘管,频率为低频,是转频的0.233倍;其中直锥段脉动幅值较大,内外两侧压力脉动频率基本一致。开度a24时,转轮出口靠近上冠处没有回流,脉动小,中间流线和下环处压力脉动更为剧烈,脉动频率为转轮频率与叶片数乘积的倍数;尾水管涡带在直锥段水流形成的呈柱状涡,在肘管变成较小的螺旋型涡带,其结果是长的涡带在尾部形成像钻机式的切削作用,对水轮机效率和稳定性产生严重的影响,涡带的长度为研究混流式水轮机尾水管深度和优化设计提供理论依据。 展开更多
关键词 混流式水轮机 尾水管涡带 压力脉动 非定常流动
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基于熵产理论的水轮机尾水管涡带研究 被引量:26
16
作者 卢金玲 王李科 +2 位作者 廖伟丽 赵亚萍 吉庆峰 《水利学报》 EI CSCD 北大核心 2019年第2期233-241,共9页
为了研究水泵水轮机部分负荷工况尾水管涡带产生的原因和压力脉动特性,本文以模型水泵水轮机为研究对象,对内部流动进行了全流道三维数值模拟并采用熵产理论进行了分析。计算结果分析表明:数值模拟与实验值吻合较好;固定导叶和蜗壳内的... 为了研究水泵水轮机部分负荷工况尾水管涡带产生的原因和压力脉动特性,本文以模型水泵水轮机为研究对象,对内部流动进行了全流道三维数值模拟并采用熵产理论进行了分析。计算结果分析表明:数值模拟与实验值吻合较好;固定导叶和蜗壳内的总熵产很小,而转轮和尾水管内较大,在小流量工况叶片压力面产生的流动分离会导致高熵产率分布区域的出现,并且会随着流量的进一步减小而扩大;在部分负荷出现了粗壮型和纤细形两种涡带,均呈现螺旋形,涡带的形成与叶片出口环量偏离零环量有很大关系;涡带的出现会在尾水管内形成漩涡,阻塞尾水管通道,涡带跟随转轮同方向旋转,但是转速更低,因此尾水管出现幅值较大的低频压力脉动。 展开更多
关键词 水泵水轮机 熵产 尾水管涡带 压力脉动 流场
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弯肘型尾水管非定常涡旋流动数值模拟 被引量:9
17
作者 诸葛伟林 刘光临 +1 位作者 蒋劲 符向前 《水动力学研究与进展(A辑)》 CSCD 北大核心 2003年第2期164-167,共4页
本文采用有限体积法求解用代数雷诺应力模型封闭的雷诺平均N S方程组 ,对湖北清江隔河岩水电站 1号发电机组的尾水管 ,在部分负荷工况运行时的非定常涡旋流动进行了数值分析。结果表明 ,在水轮机部分负荷运行 ,特别是负荷为 40 %左右时 ... 本文采用有限体积法求解用代数雷诺应力模型封闭的雷诺平均N S方程组 ,对湖北清江隔河岩水电站 1号发电机组的尾水管 ,在部分负荷工况运行时的非定常涡旋流动进行了数值分析。结果表明 ,在水轮机部分负荷运行 ,特别是负荷为 40 %左右时 ,尾水管内形成了明显的旋转涡带。数值模拟得到的尾水管中压力脉动的频率 。 展开更多
关键词 有限体积法 弯肘型尾水管 非定常涡旋流动 数值模拟 水轮机 涡带 压力脉动 水电站
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三峡水轮机尾水管涡带的CFD数值模拟 被引量:15
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作者 张双全 符建平 +1 位作者 段开林 万鹏 《华中科技大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第7期19-20,23,共3页
采用非定常雷诺应力湍流模式对三峡水轮机尾水管内的流动进行了数值模拟.分析了涡带的运动规律及其产生的水压力脉动的频率特性与相位特性和计算结果产生误差的原因,给出了改进的措施.研究结果表明,采用非定常雷诺应力湍流模式可以预测... 采用非定常雷诺应力湍流模式对三峡水轮机尾水管内的流动进行了数值模拟.分析了涡带的运动规律及其产生的水压力脉动的频率特性与相位特性和计算结果产生误差的原因,给出了改进的措施.研究结果表明,采用非定常雷诺应力湍流模式可以预测到尾水管内水压力脉动的频率特性,与现场试验的结果符合. 展开更多
关键词 水力发电 湍流模式 尾水管 涡带 压力脉动
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三维非定常湍流尾水管涡带数值模拟 被引量:17
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作者 高忠信 邓杰 葛新峰 《水利学报》 EI CSCD 北大核心 2009年第10期1162-1167,共6页
采用全流道三维非定常流动数值模拟方法,研究了混流式水轮机在部分负荷工况运行时,尾水管涡带在尾水管内引起的压力脉动现象。计算工况为典型的部分负荷工况,单位转速为70.52r/min,单位流量为0.679m3/s。计算结果表明在4个计算点都得到... 采用全流道三维非定常流动数值模拟方法,研究了混流式水轮机在部分负荷工况运行时,尾水管涡带在尾水管内引起的压力脉动现象。计算工况为典型的部分负荷工况,单位转速为70.52r/min,单位流量为0.679m3/s。计算结果表明在4个计算点都得到了涡带低频压力脉动:频率为0.333Hz,是转频1.25Hz的1/3.75,相近工况(n11=71.25r/min,Q11=0.689m3/s)模型试验测得涡带频率为5.31Hz,是转频18.62Hz的1/3.51,从涡带频率看计算结果与试验测量结果一致。研究成果表明数值模拟方法是可行的,可以在设计阶段预测尾水管内涡带压力脉动的特性。 展开更多
关键词 混流式水轮机 尾水管 涡带 压力脉动 数值模拟
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灯泡贯流式水轮机尾水管流动特性分析 被引量:8
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作者 敏政 李秋桐 +3 位作者 李琪飞 张毅鹏 李正贵 邓育轩 《中国农村水利水电》 北大核心 2016年第1期152-157,共6页
采用基于气泡动力学的两相流方程 ,对灯泡贯流式水轮机进行全流场的非定常湍流数值模拟 ,计算了在大流量工况下水轮机内部发生空化时的能量特性和尾水管内涡带的演变特点.计算结果表明 :当水轮机在大流量下运行时 ,尾水管会出现“柱状... 采用基于气泡动力学的两相流方程 ,对灯泡贯流式水轮机进行全流场的非定常湍流数值模拟 ,计算了在大流量工况下水轮机内部发生空化时的能量特性和尾水管内涡带的演变特点.计算结果表明 :当水轮机在大流量下运行时 ,尾水管会出现“柱状”空腔涡带 ,随着时间的变化 ,空化涡带体积发生大幅度增加 ,在涡带尾部有“环形水跃”现象出现 ,此时在尾水管内壁处压力脉动也随之增大 ;在不同的空化系数下 ,压力脉动从转轮出口处开始增加 ,由于空泡的体积波动主要发生在尾水管内 ,因而压力脉动振幅在尾水管内达到最大 ,压力脉动会沿着尾水管向下游传播 ,逐渐减小 ;尾水管内压力脉动以低频为主 ,涡带主频为转频 ,其余频率由涡带公转产生的以2~5倍主频的次频. 展开更多
关键词 灯泡贯流式水轮机 涡带 空化 尾水管 压力脉动
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