一、含沙河流中混流式水轮机转轮优化设计的研究及其软件包的开发(论文文献综述)
陈佳瑞[1](2021)在《映秀湾电站河流浊度与水轮机转轮叶片泥沙磨损关系研究》文中认为在我国多泥沙流域上,各大中型水电站中泥沙颗粒对水轮机存在不同程度的磨损影响。尤其在汛期河流输沙量为全年的77%以上,故汛期水轮机在多泥沙河流上遭受泥沙磨损问题十分严重。水轮机作为水电站的核心设备,泥沙磨损会使机组产生振动,效率降低,检修周期缩短等危害。尤其是汶川大地震后,造成岷江沿岸水土流失加剧,使得岷江河流输沙量迅猛增加,导致岷江流域水电站水轮机泥沙磨损进一步严重。因此水轮机泥沙磨损研究对寻求有效减轻映水轮机过流部件泥沙磨损的技术方法和措施,以及水电站水轮机的设计和改造都非常重要,具有重大的经济效益。本文主要研究如下:1.对岷江流域映秀湾水电站HLA982a-LJ-418型水轮机全流道沙水流动进行了数值模拟。计算结果表明水轮机过流部件区域各工况下压力分布均匀,从导叶进水边到转轮出水边压力沿向心方向逐渐减小,流态较好。在蜗壳底部,导叶下端,转轮靠近下环处泥沙浓度均稍高于其他截面。随着来流方向,转轮叶片出水边泥沙绕流速度最大。2.采用绕流试验方法对映秀湾水电站水轮机转轮叶片进行了泥沙磨损试验,并利用3D形貌测试仪测试了叶片表面泥沙磨损量。3.建立了映秀湾电站河流浊度与含沙量的关系。4.根据计算和试验数据,通过多元线性分析方法获得了映秀湾水电站水轮机转轮叶片磨损率计算公式,并按照国家标准对水轮机寿命进行了预估,提出了电站水轮机改造和合理运行的建议。
唐正强[2](2020)在《混流式水轮机叶道涡试验及数值研究》文中认为在偏工况下,叶道涡是转轮叶片进口冲角过大和转轮内部狭长弯曲流道的综合作用而产生。当混流式水轮机在偏离设计工况下运行时,水流会在转轮上冠进口处发生二次流和脱流,在转轮下环出口处可以看到有一连串的涡束流出,这一连串的涡束就是叶道涡。转轮流道内出现叶道涡时,可能对叶片诱发空化空蚀;叶道涡发展到一定程度时会引发水轮机组和相邻混凝土构件的水力振动。本研究采用CFD技术对混流式水轮机内部流动进行数值计算与分析,分析转轮流道内叶道涡的初生与发展以及叶道涡引起的压力脉动,应用PIV技术对混流式水轮机内部流动进行测试,分析混流式水轮机内部流场的流动形态。通过对叶道涡初生工况和发展工况的流线图、湍流动能图以及叶道涡压力脉动进行分析,研究混流式水轮机叶道涡的流动特性及其影响。主要研究内容如下:1、对测试用的水轮机蜗壳、导叶、转轮装置进行了局部改装设计成具有透明观察窗,适用PIV系统对转轮内部流场的试验测试。2、利用PIV view 3C软件和Tecplot软件,处理试验数据,得到了转轮流道内部流场的流线图,观察和比较了叶道涡初生现象和叶道涡发展现象。3、结合试验水轮机的设计资料,对水轮机应用UG软件进行了全流道三维建模,并借助ICEM和Turbogrid分别对三维模型进行了网格划分。4、采用SST湍流模型,应用CFD软件对试验水轮机全流道进行定常与非定常的分析计算,定常计算主要分析转轮区域的流线图、湍流动能云图、压力分布图、速度分布图,以及叶片的压力分布图和对应叶片的压力数据等;非定常计算主要分析叶道涡的压力脉动。
张高福[3](2020)在《泥沙颗粒对于冲击式水轮机的流动特性影响研究》文中进行了进一步梳理当今世界,随着化石能源的不断消耗以及环境污染问题的日益严重,水能作为一种清洁能源开始在各国受到大力开发。现阶段,我国中水头段水力资源的开发利用技术已经日趋完善,但也伴随着可开发量愈来愈少,水电建设的重心开始转向具有开发难度较大的高水头水力资源的西部地区,而具有独特优势的冲击式水轮机开始受到广泛关注。但目前对于冲击式水轮机的研究相比于其他水轮机仍较为落后,近些年来才逐渐开始涉足射流在与水斗相互作用过程中伴随着射流之间以及射流与水斗之间干涉的复杂动态过程。至于考虑水轮机实际运行时流动介质中混有泥沙颗粒的相关研究则更少。因此本文在完成冲击式水轮机全流域的气液两相非定常计算的基础上,向流场中加入固体颗粒以模拟水轮机实际运行中水中裹挟泥沙的真实情况,本文研究的具体内容及结论如下:1.结合模型试验,在喷针开度为18mm条件下,即固定流量完成三个不同转轮转速的全流域气液两相非定常计算。将数值模拟得出的外特性值与模型试验结果进行了对比,对比结果表明采用数值模拟方法能够较好的预测冲击式水轮机气液两相流动的外特性,数值模拟方法的可靠性得到验证;同时通过具体分析不同转速下射流与单个水斗作用的过程,发现转轮的转速会直接影响射流与单个水斗的作用过程,又会影响逸散废水的排出过程而间接影响射流的展开,使单个水斗呈现出不同的出力特性,进而使转轮总出力及水轮机效率出现差异;2.在两相计算基础上,向流场中加入固体颗粒实现含泥沙流动的模拟。通过不同颗粒直径及浓度条件下的数值模拟,同时分析冲击式水轮机给水机构流场中泥沙颗粒的分布规律及其对给水机构内流动特性的影响。发现泥沙颗粒在给水机构内的分布主要受到自身离心惯性力及场中涡结构的作用,同时,泥沙颗粒的加入会改变原本流场中的涡结构的形态及分布并造成新的涡结构的产生,并造成能量损失的增加,而不同直径的颗粒对流态的影响程度不同,加之自身惯性不同,其分布特性具有差异。配水环管内部分分岔管处的能量损失受颗粒直径及浓度影响较大,但喷嘴内的损失情况受颗粒直径及浓度影响均较小。3.进一步分析泥沙颗粒对冲击式水轮机转轮区流动特性的影响。通过具体对比与分析清水及含沙水工况下射流与水斗相互作用的过程,发现加入泥沙颗粒后,射流冲击水斗的展开过程以及成为废水后的排出过程均受到影响:射流所形成水膜的形状发生改变,且颗粒在水斗工作面内分布集中,导致水膜中水的分布不均匀。进而造成水对水斗的有效作用大幅减小,射流与水斗的能量转换效率降低,使单个水斗的平均出力及转轮总出力均降低,水轮机效率降低。相比于颗粒直径,其浓度更能影响水斗及转轮的出力,进而影响水轮机总效率。
王宇[4](2020)在《映秀湾电站水轮机导水机构沙水流动的数值模拟及泥沙磨损试验装置设计》文中认为映秀湾水电站坐落于为山区河流的岷江河段,当暴雨季节时,会有大量泥沙汇入河流从而进入发电水体,对水轮机过流部件造成磨损破坏。本研究就针对映秀湾水电站,对运行后的真机进行过流部件分析,并利用ANSYS CFX软件中的Eulerian(欧拉)模型以及固-液两相流模型,模拟在一定颗粒直径情况下,颗粒浓度不同,在不同工况下两相介质全流道三维定常湍流流动计算,分析研究含沙水在混流式水轮机的各过流部件运动情况(浓度及流速)及对蜗壳、导叶等过流部件的磨损情况,并设计导叶试件以及配套试验装置,为后期进行泥沙磨损试验研究提供了必要的准备条件。本文主要工作和成果如下:1.根据电站水轮机转轮实物和检修后的转轮叶片的实物,借助手持三维扫描仪器,获得复杂曲面的表面型值点坐标,再将其和蜗壳、导叶和尾水管一起再导入UG软件,建立了水轮机过流部件的水体模型。根据建立的电站真机的三维全流场几何模型,应用专业的网格化软件ICEM对水轮机全流场几何模型做网格划分。2.对电站真机过流部件资料进行分析,得到机组实际运行中磨损情况。资料表明,电站运行过程中,水轮机导叶、转轮均有较为明显的泥沙磨损,其中磨损最为严重的位置为固定、活动导叶及转轮的头部以及活动导叶尾部的位置。3.根据映秀湾电站运行河流中的泥沙特性,利用CFX对水轮机内部沙水流动进行数值计算,模拟在一定颗粒直径情况下,颗粒浓度不同,在不同工况下两相介质全流道三维定常湍流流动计算。利用CFD POST对计算结果进行后处理,得到不同情况下各个过流部件的泥沙体积浓度分布及压力分布。对比分析各个运行情况下的计算结果,数值模拟结果表明:压力沿座环圆周面分布对称,导叶内部泥沙浓度峰值出现在导叶头部附近,活动导叶尾部泥沙速度最高,由此预计导叶头部及活动导叶尾部磨损较为严重,并且随着流量和泥沙浓度的增大,磨损加剧。与电站真机磨损情况相匹配,故数值模拟结果较准确。4.设计出了导叶试件以及泥沙磨损试验装置,为后期进行泥沙磨损试验提供了必要的准备工作。
张绒[5](2020)在《高含沙水条件下水轮机转轮的空蚀与磨损研究》文中进行了进一步梳理在自然界中,大多数水流基本上都携带泥沙颗粒、固体沉积物和其他类型的杂质。我国江河众多,并且大部分河流的含沙量都非常高,水电机组常年在这些多泥沙河流上运作,机组部件非常容易遭受磨损破坏。转轮是整个水轮发电机组的核心部件,结构比较复杂,也是磨损最严重的部件。在含沙水条件下,水轮机转轮会遭受空蚀破坏、泥沙磨损破坏及空蚀与泥沙磨损联合作用下的磨蚀破坏。部件损坏不仅会影响机组的水力性能,降低整体的运行效率,严重缩短使用寿命,甚至导致整个机组停止运行,给水电厂造成巨大的电能损失和经济损失。因此,研究高含沙水中水轮机转轮的磨损情况,确定发生磨损的位置及受损程度,可以为水轮机的防护,转轮的优化设计提供一定的参考。本文以新疆阿克苏拜城木扎提三级电站的混流式水轮机为研究对象,通过CFX流体分析软件,在清水和含沙水介质条件下,对不同导叶开度、泥沙粒径、泥沙浓度工况下的水轮机进行了汽液两相、固液两相、汽固液三相定常数值模拟,并进一步分析了水轮机转轮的空蚀、泥沙磨损及磨蚀情况。本文主要研究工作和成果如下:(1)根据所研究的水轮机的基本参数和各过流部件的设计图,利用UG8.0三维建模软件,建立水轮机蜗壳、固定导叶、活动导叶、转轮、尾水管的三维流道模型。然后运用ANSYS ICEM软件对各部件的三维水体模型进行网格划分及网格质量检查,并设置边界类型。(2)运用CFX流体分析软件,在清水介质条件下,对不同导叶开度下的水轮机进行数值计算,并根据转轮各部件的压力云图及空泡体积分数图对转轮空蚀情况进行分析。结果表明,当导叶开度增大,转轮的整体压力逐渐增大,负压区和空化面积逐渐减小。转轮进水口附近的大部分区域、泄水锥底部、叶片进水边和叶片出水边靠近下环的位置空蚀程度较为严重。(3)在高含沙水介质条件下,对水轮机进行固液两相流数值模拟,分析不同泥沙直径及不同泥沙体积浓度下水轮机转轮的泥沙磨损情况。数值结果表明,不同泥沙粒径下,转轮各部件压力值随着泥沙粒径增大呈先增大后减小最后趋于稳定的变化规律。不同泥沙浓度下,转轮压力值随泥沙浓度的增大而增大。对于泥沙磨损,不同泥沙粒径和泥沙浓度下,转轮区域的泥沙体积分数随着泥沙粒径、浓度的增大而增大,磨损程度也逐渐增强。转轮容易在叶片工作面出水边靠近上冠处和进水边靠近下环处,叶片背面出水边靠近上冠处遭受泥沙磨损。(4)在高含沙水介质条件下,对水轮机进行汽—固—液三相流数值模拟,研究分析了不同导叶开度及不同泥沙浓度下泥沙磨损与空蚀的相互影响关系,并得到转轮在不同工况下的磨蚀情况。计算结果表明,含沙水中转轮各部件的压力均比清水中的大。泥沙的存在促进了空化的发展,空化的存在亦加剧了泥沙的磨损作用,两者的联合作用对转轮造成了更严重的破坏。转轮在各部件的进水边处、泄水锥底部、叶片与下环、上冠面的交接处、叶片出水边附近都会遭受严重的磨蚀,这与实际工程中水电站水轮机转轮叶片的磨损情况基本一致。
方兴[6](2019)在《多泥沙高水头水电站水轮机导叶内部流动及磨损研究》文中提出众所周知,多泥沙高水头水电站中,水轮机导叶是水轮机过流部件泥沙磨损最为严重的过流部件。新疆夏特水电站所在河流区域的含沙量高,并且沙粒的硬度大,根据其它多泥沙高水头水电站运行的经验,预计夏特水电站的水轮机导叶磨损也将会是相当严重的。本研究就针对夏特水电站,数值模拟分析拟采用的HLA542-LJ-275水轮机导叶内部沙水流动特性和泥沙浓度分布,并采用局部绕流的试验方法对导叶开展磨损试验,为夏特水电站的水轮机设计提供重要的参考依据。主要研究工作及成果如下:1)本研究运用三维建模软件UG对夏特电站拟选的HLA542-LJ-275水轮机全流道进行了三维几何建模,并将各过流部件导入ICEM CFD软件中进行网格划分,并进行了网格无关性验证。2)运用流体动力学计算软件对水轮机三个工况(小流量工况、设计工况及大流量工况)进行了三维数值模拟计算,得到了导叶内部的沙水流动特性、泥沙浓度分布情况。数值结果表明:压力沿座环圆周面分布对称,导叶内部泥沙浓度最大区域出现在导叶头部附近,活动导叶背面靠近尾部区域泥沙速度最高,由此预估导叶头部以及活动导叶尾部磨损将较为严重。3)采用表面形貌法,对夏特水电站拟选的HLA542-LJ-275水轮机导叶进行了泥沙磨损试验,对导叶关键位置的磨损量进行了分析,发现活动导叶尾部附近磨损量较大。试验与数值计算结果对比发现,水轮机导叶磨损程度受泥沙速度与泥沙浓度共同影响,主要受沙水速度影响,活动导叶尾部速度高磨损最为严重,为夏特水电站水轮机防泥沙磨损设计提供重要的参考依据。
袁帅[7](2019)在《多泥沙河流水电站水轮机转轮内部流动及磨损研究》文中研究表明我国河流多泥沙,尤其是汛期更甚,对于在高含沙水中工作的水轮机不可避免地存在着严重的泥沙磨损。水轮机过流部件的破坏将被加剧,导致水轮机组的稳定性降低、效率下降,引起高频率检修或是对整个电站的安全运行造成巨大的潜在风险,从而大大降低经济效益。克孜河流域河段中的沙水浓度较高,沙粒棱角分明,较为锋利,且硬度相对高的石英成份含量很高,在其河流上运行的水电站面临着巨大的泥沙磨损考验,尤其是即将修建在该流域上的夏特水电站水头又高,针对该电站的泥沙磨损情况进行磨损分析必不可少。转轮作为水轮机的核心部件,对其开展在沙水条件下的数值仿真分析及磨损试验具有重大意义。本研究主要工作和成果如下:1.采用Unigraphics造型软件对夏特水电站拟选的HLA351-LJ-275混流式立式金属蜗壳水轮机的过流部件塑造三维实体。利用ANSYS ICEM软件,对各个不同流路部件的仿真水体模型执行六面体结构网格配置,并依据真机流动条件来设定边界。2.针对水轮机在不同工况下内部含沙水的流动信息,利用CFX求解器进行仿真流动模拟,提取了不同工况下水轮机主要流路部件的压力、流速及泥沙体积浓度分布云图,分析其沙水流动特性和体积浓度分布情况,数值结果表明:水轮机转轮叶片工作面泥沙浓度大于背面,各叶片流面泥沙浓度最大值均出现在叶片尾部,最大浓度发生在叶片尾部20%叶高与上冠相邻处,各叶高流面均显示泥沙速度最高位置在叶片尾部,靠近下环的出口边速度最高,由此可预判叶片磨损最严重的区域应在叶片出口边,与下环相邻的区域,由于沙水速度更高而更易被磨损破坏。3.采用表面形貌法,对夏特水电站拟选的HLA351-LJ-275转轮叶片进行了泥沙磨损试验,对转轮叶片关键位置的磨损量进行了分析,为夏特水电站水轮机防泥沙磨损破坏设计提供一定的数值依据。
王振振[8](2019)在《混流式水轮机水力优化设计与研究》文中认为水力资源作为可再生能源之一,具有相对低廉的开发成本,开展相关水力机械的研究意义重大。我国水力资源储量丰富,但泥沙河流众多,大部分水电站均受到泥沙磨损的困扰,并且现运行多数水轮机是在清水水质下所设计研发。而实际运行中由于工作水质的改变,水轮机偏离设计工况,造成水轮机转轮叶片表面可能同时遭受空蚀和沙粒磨损的联合作用,从而导致水轮机运行稳定性和寿命受到严重威胁。本文应某水电站高水头、高转速和高泥沙的设计工况及要求,进行了水轮机的选型、各通流部件结构的设计。然后基于流体动力学理论,采用计算流体动力学(CFD)模拟仿真软件CFX开展了水轮机结构的优化及其内部固-液两相流动的研究。主要开展工作如下:(1)根据水电站所给定的水头H、流量Q、出力P和含沙量等原始设计参数及其它相关要求,完成了水轮机型号的选取和各通流部件(蜗壳、座环及活动导叶、转轮和尾水管)主要结构尺寸的确定,并以此建立了蜗壳、座环及活动导叶、转轮和尾水管的三维水体计算模型。(2)介绍了计算流体力学的基本概念和相关控制方程,以及目前工程实际中常使用的一些湍流模型理论和固-液两相流模型理论,并根据水电站实际工况要求,完成了对湍流模型以及两相流模型的选取。然后,利用CFX软件完成了对计算方法和计算域边界条件的设置。(3)基于数值模拟方法,采用ANSYS CFX软件对设计工况下水轮机进行了全流道固-液两相流数值模拟计算,完成了水轮机内部流动水力损失计算和其它各项水力性能评估。然后依据模拟计算所得到的水轮机整体水力效率、转轮叶片正背面压力分布情况和全流道固-液两相流场流动特性分析结果,对转轮叶片各主要结构参数(入水边安放角、出水边安放角和厚度)进行了改型优化设计,同时研究了各主要结构参数对水轮机整体水力性能的影响。(4)依据水电站实际运行情况,选取了三种典型的非设计工况点。然后采用数值分析的方法,对所选取各工况点下水轮机优化模型分别进行了全流道固-液两相流数值模拟计算。最后通过对比分析,预测了各工况点下所设计水轮机各通流部件沙水两相压力分布、两相速度分布和沙粒浓度分布情况。
彭坜[9](2018)在《水牛家电站水轮机内流场数值计算及转轮流固耦合特性研究》文中进行了进一步梳理近年来,国内外一些水电站混流式水轮机机组在运行过程中,其转轮叶片产生裂纹,导致机组振动加剧,严重危及到机组的运行安全,水牛家电站水轮机就是其中之一。由于水轮机的实际运行情况复杂,水轮机转轮与流场的耦合作用是导致叶片产生疲劳断裂、动力失稳的重要因素之一。因此,研究水轮机转轮流固耦合特性对深入了解水轮机转轮叶片振动机理、预测叶片发生裂纹位置、避免水力共振、确保水牛家电站机组安全稳定运行具有重要意义。本文对水牛家电站混流式水轮机在典型负荷工况下的流场分布及流固耦合特性进行数值模拟分析,为水轮机过流部件的优化设计、转轮叶片缺陷处理提供理论参考,其主要研究工作如下:(1)根据水牛家电站水轮机组实际运行工况,选取最小水头、额定水头与最大水头分别在40%、70%、100%负荷下的9个工况,对水轮机进行内流场及流固耦合分析。(2)根据水轮机过流部件设计参数,利用UG软件对水轮机过流部件进行建模,在ANSYS软件中完成各过流部件网格划分。(3)采用标准k-ε湍流模型对各工况进行定常流计算,分析不同水头不同负荷工况下的水轮机内部流动特性。(4)基于定常流计算结果,利用ANSYS软件计算分析水轮机转轮的流固耦合特性。(5)为了更好地反映水轮机在实际运行工况下内部真实的流动情况,对水轮机全流道进行了瞬态计算。对转轮内部最大变形量、应力、应变等进行了详细分析,预测了转轮叶片发生裂纹位置等情况。通过研究得到以下主要成果:(1)通过定常计算,分析得到水轮机蜗壳、尾水管内部流动相对均匀;在转轮叶片背面进口位置附近存在低压区,在此位置易发生空化现象。(2)通过流固耦合计算,得到水轮机六阶振动频率,将其与自振频率等进行对比可知水轮机关键过流部件不会发生共振现象,这说明水轮机各过流部件结构设计比较可靠。转轮各阶振型分析表明:转轮的振动形式在低阶主要表现为转轮左右摆动伴随叶片部分区域轻微的振动变形;而在高阶模态下,振动形式主要表现为转轮整体的扭曲变形,转轮由圆形逐渐变为扁圆。(3)通过瞬态计算,对水轮机转轮在最小水头40%负荷工况下总变形量、等效应变、等效应力等进行详细分析,发现在转轮叶片与上冠、下环连接处易发生变形和断裂。这与电站运行时转轮发生断裂位置相同。
李叶兵[10](2018)在《夏特水电站水轮机导叶泥沙磨损研究》文中指出对于以含有泥沙的沙水为工作介质的水轮机,当被水流挟运的沙粒通过其流道时,坚硬的沙粒撞击和磨削过流表面,造成流道边壁泥沙磨损。磨损将导致水轮机的效率下降,甚至引起水轮机的快速破坏,从而造成严重的经济损失。克孜河流域泥沙含量大,棱角分明且石英含量高,相对硬度大,在其河流上运行的水电站,不可避免的将引起水轮机过流部件的泥沙磨损,尤其是即将修建在克孜河流上的夏特水电站水头又高,其水轮机过流部件的泥沙磨损会更加严重,尤其是水轮机活动导叶,因此本文就夏特水电站水轮机导叶进行了泥沙磨损预测,其主要研究工作和成果如下:1.根据夏特电站拟选的HLA351-LJ-275混流式水轮机的二维设计图,运用UG三维建模软件建立蜗壳、导水机构、转轮及尾水管的水体模型以及水轮机过流部件全流道水体模型。采用结构化网格划分方法,运用ANSYS ICEM对各个过流部件的模型进行网格划分,并设置边界类型。2.采用k-ε多相流湍流模型对水轮机在不同工况、不同沙粒浓度下的内部沙水流动进行了三维计算,得到了不同情况下水轮机导水机构部件的泥沙体积浓度分布、流速分布及压力分布。数值结果表明:水轮机转轮叶片上泥沙浓度最大区域出现在叶片出口位置,且泥沙速度在叶片出口位置也较高,由此判断转轮磨损最严重的区域在转轮的出口位置,靠近下环的区域由于泥沙运动速度更高而更易磨损;最低压力出现在转轮长叶片背面出口靠近下环处,各个叶高截面最低压力均大于空化压力3200Pa,在各个工况下转轮不会发生空化。3.在泥沙磨损试验台上,对水轮机导叶进行了泥沙磨损试验,采用白光干涉轮廓仪测试导叶表面磨损前后形貌状态及表面深度。试验结果表明,S135对夏特电站水轮机导叶的耐磨性最佳。根据试验数据和拟合方法得出了不同材质的水轮机导叶磨损率计算公式,为夏特水电站水轮机设计提供参考。
二、含沙河流中混流式水轮机转轮优化设计的研究及其软件包的开发(论文开题报告)
(1)论文研究背景及目的
此处内容要求:
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例:
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
(2)本文研究方法
调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、含沙河流中混流式水轮机转轮优化设计的研究及其软件包的开发(论文提纲范文)
(1)映秀湾电站河流浊度与水轮机转轮叶片泥沙磨损关系研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
1 绪论 |
1.1 课题来源 |
1.2 课题研究的背景及意义 |
1.3 国内外研究现状 |
1.4 主要研究内容及方法 |
2 数值计算模型 |
2.1 固液两相流动基本方程 |
2.2 湍流计算模型 |
2.3 本章小结 |
3 映秀湾电站水轮机计算几何模型建立及网格划分 |
3.1 水轮机基本设计参数 |
3.2 三维几何模型 |
3.3 计算网格划分及无关性检验 |
3.4 边界条件 |
3.4.1 进口边界条件 |
3.4.2 出口边界条件 |
3.4.3 壁面条件 |
3.5 本章小结 |
4 映秀湾电站水轮机内部沙水流动计算结果及分析 |
4.1 电站泥沙参数及计算工况 |
4.2 不同工况转轮和导叶区域局部压力分布 |
4.3 不同工况过流部件泥沙浓度和速度分布 |
4.3.1 出力P=42.2MW工况 |
4.3.2 出力P=30.9MW工况 |
4.3.3 出力P=11.8MW工况 |
4.4 本章小结 |
5 映秀湾电站水轮机转轮叶片磨损试验及结果分析 |
5.1 试验原理及方法 |
5.1.1 试验原理 |
5.1.2 磨损测试方法 |
5.2 试验装置的设计和制作 |
5.3 试验系统 |
5.4 试验结果及分析 |
5.4.1 表面形貌测试 |
5.4.2 叶片表面试验结果及分析 |
5.5 本章小结 |
6 机组寿命预估 |
6.1 映秀湾电站河流浊度与含沙量的关系 |
6.2 磨损率计算式 |
6.2.1 测试标记点数据结果 |
6.2.2 磨损率计算式 |
6.3 磨损预估方法 |
6.4 过流部件磨损寿命预估 |
6.5 映秀湾水电站水轮机改造和运行建议 |
6.6 本章小结 |
7 结论与展望 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间发表论文及科研成果 |
致谢 |
(2)混流式水轮机叶道涡试验及数值研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
1 绪论 |
1.1 课题来源 |
1.2 课题研究的背景、目的和意义 |
1.3 国内外研究现状 |
1.3.1 水轮机叶道涡 |
1.3.2 水轮机领域的PIV测试技术 |
1.4 主要研究内容 |
2 水轮机内部流动数值计算方法及PIV测试技术原理 |
2.1 计算流体动力学 |
2.2 流体运动基本方程 |
2.3 湍流模型 |
2.4 PIV测试原理 |
3 叶道涡PIV试验测试 |
3.1 PIV试验测试装置 |
3.1.1 水轮机试验测试装置的局部透明设计 |
3.1.2 PIV测试系统 |
3.1.3 PIV测试装置安装与调试 |
3.2 试验工况的选择 |
3.3 PIV测试试验步骤 |
3.4 PIV试验数据处理 |
3.5 PIV试验结果分析 |
3.5.1 转轮内部流场的流动分析 |
3.5.2 瞬态结果分析 |
3.6 本章小结 |
4 混流式水轮机内叶道涡的计算与分析 |
4.1 水轮机的基本参数 |
4.2 三维几何模型建立 |
4.3 网格划分 |
4.4 边界条件与计算工况 |
4.4.1 边界条件 |
4.4.2 计算工况 |
4.5 计算方法验证 |
4.6 水轮机转轮内部流动的数值模拟及结果分析 |
4.7 本章小结 |
5 混流式水轮机叶道涡压力脉动计算分析 |
5.1 非转轮区监测点结果分析 |
5.2 转轮区监测点结果分析 |
6 结论与展望 |
6.1 结论 |
6.2 展望 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间发表论文及科研成果 |
致谢 |
(3)泥沙颗粒对于冲击式水轮机的流动特性影响研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 课题的研究背景及意义 |
1.1.1 课题来源 |
1.1.2 研究背景及意义 |
1.2 .国内外研究现状及分析 |
1.2.1 冲击式水轮机数值模拟研究现状 |
1.2.2 水力机械含沙流动研究现状 |
1.2.3 研究现状综述 |
1.3 本文研究内容 |
第2章 数值模拟计算理论 |
2.1 多相流理论 |
2.1.1 多相流求解方法 |
2.1.2 均相与非均相模型 |
2.1.3 固体相受力分析 |
2.2 基本流动控制方程与湍流模型 |
2.2.1 基本流动控制方程 |
2.2.2 湍流模型 |
2.3 模型的构建与网格的划分 |
2.3.1 模型的建立 |
2.3.2 网格划分 |
2.4 冲击式水轮机模型特性曲线 |
2.5 数值模型的选取与边界条件设置 |
2.5.1 两相流动的求解设置 |
2.5.2 三相流动的求解设置 |
2.6 网格无关性验证 |
2.7 本章小结 |
第3章 冲击式水轮机两相流动计算及外特性分析 |
3.1 数值模拟与试验的对比验证 |
3.2 单个水斗工作过程分析 |
3.3 转速对转轮区流动特性的影响分析 |
3.4 本章小结 |
第4章 泥沙颗粒对给水机构流动特性影响分析 |
4.1 清水工况内流场分析 |
4.1.1 配水环管流场分析 |
4.1.2 喷嘴流场分析 |
4.2 含沙工况内流场分析 |
4.2.1 各支路颗粒的流量分布 |
4.2.2 配水环管内颗粒分布特性及流场分析 |
4.2.3 喷嘴内颗粒分布特性与流场分析 |
4.3 给水机构能量损失分析 |
4.3.1 配水环管能量损失分析 |
4.3.2 喷嘴能量损失分析 |
4.4 本章小结 |
第5章 泥沙颗粒对转轮区流动特性影响分析 |
5.1 泥沙颗粒对水轮机出力及效率的影响 |
5.2 泥沙颗粒对单个水斗工作过程的影响 |
5.2.1 泥沙颗粒对射流展开的影响 |
5.2.2 泥沙颗粒对单个水斗受力的影响 |
5.3 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间发表的论文及其他成果 |
致谢 |
(4)映秀湾电站水轮机导水机构沙水流动的数值模拟及泥沙磨损试验装置设计(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
1 绪论 |
1.1 课题来源 |
1.2 课题研究的背景、目的及意义 |
1.2.1 课题研究背景 |
1.2.2 课题研究目的及意义 |
1.3 国内外研究现状 |
1.3.1 水轮机内部流动研究 |
1.3.2 水轮机泥沙磨损研究 |
1.4 本文主要研究内容 |
2 数值计算方法 |
2.1 固液两相流的基本运动方程 |
2.2 湍流模型 |
3 水轮机全流道几何建模及网格划分 |
3.1 水轮机基本参数 |
3.2 水轮机全流道三维模型建立及网格划分 |
3.2.1 转轮 |
3.2.2 其他部位 |
3.2.3 计算网格无关性检验 |
4 映秀电站真机磨损情况 |
4.1 电站泥沙参数 |
4.2 电站真机过流部件磨损情况 |
5 水轮机内部沙水流动计算及导水机构结果分析 |
5.1 计算参数及边界条件的确定 |
5.2 浓度为1.27kg/m~3的内部沙水流动计算结果分 |
5.2.1 小流量工况计算结果 |
5.2.2 设计流量工况计算结果 |
5.2.3 大流量工况计算结果 |
5.3 浓度为3.27kg/m~3的内部沙水流动计算结果分析 |
5.3.1 小流量工况计算结果 |
5.3.2 设计流量工况计算结果 |
5.3.3 大流量工况计算结果 |
5.4 小结 |
6 导叶泥沙磨损试验装置设计 |
6.1 导叶试件设计 |
6.2 试验装置设计 |
6.3 试验系统搭建 |
6.3.1 动力系统 |
6.3.2 管路系统 |
7 结论与展望 |
7.1 结论 |
7.2 展望 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间发表论文及科研成果 |
致谢 |
(5)高含沙水条件下水轮机转轮的空蚀与磨损研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第一章 绪论 |
1.1 研究背景、目的及意义 |
1.1.1 研究背景 |
1.1.2 研究目的及意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 水轮机空蚀的研究现状 |
1.2.2 水轮机泥沙磨损的研究现状 |
1.2.3 水轮机磨蚀的研究现状 |
1.3 本文主要研究内容 |
1.4 本文创新点 |
第二章 水轮机流场数值模拟理论基础 |
2.1 控制方程 |
2.1.1 连续性方程 |
2.1.2 动量方程 |
2.1.3 控制方程的通用形式 |
2.2 数值模拟关键模型 |
2.2.1 湍流模型 |
2.2.2 多相流模型 |
2.2.3 空化模型 |
2.3 数值离散及求解方法 |
2.3.1 数值离散方法 |
2.3.2 数值算法 |
2.4 本章小结 |
第三章 水轮机转轮在清水中的空蚀分析 |
3.1 水轮机的基本参数 |
3.2 水轮机三维流道模型的建立 |
3.2.1 蜗壳的建模 |
3.2.2 导叶的建模 |
3.2.3 转轮的建模 |
3.2.4 尾水管的建模 |
3.3 网格划分 |
3.3.1 概述 |
3.3.2 过流部件的网格划分 |
3.4 数值模拟条件 |
3.4.1 工况点的选取 |
3.4.2 边界条件的设置 |
3.4.3 求解设置及收敛判据 |
3.5 转轮区域的空化流动分析 |
3.5.1 转轮区域的压力场分析 |
3.5.2 转轮区域的空蚀分析 |
3.6 本章小结 |
第四章 水轮机转轮在高含沙水中的泥沙磨损分析 |
4.1 不同泥沙粒径下转轮区域的磨损分析 |
4.1.1 上冠面的泥沙磨损分析 |
4.1.2 下环的泥沙磨损分析 |
4.1.3 转轮叶片的泥沙磨损分析 |
4.2 不同泥沙体积浓度下转轮区域的磨损分析 |
4.2.1 上冠面的泥沙磨损分析 |
4.2.2 下环的泥沙磨损分析 |
4.2.3 转轮叶片的泥沙磨损分析 |
4.3 本章小结 |
第五章 水轮机转轮在高含沙水中的磨蚀分析 |
5.1 工况点的选取 |
5.2 转轮上冠面的磨蚀分析 |
5.3 转轮下环的磨蚀分析 |
5.4 转轮叶片的磨蚀分析 |
5.5 水电站水轮机转轮的磨蚀情况 |
5.6 本章小结 |
第六章 结论与展望 |
6.1 结论 |
6.2 展望 |
致谢 |
参考文献 |
在学期间发表的论文和取得的学术成果 |
(6)多泥沙高水头水电站水轮机导叶内部流动及磨损研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
1 引言 |
1.1 课题来源 |
1.2 本课题研究背景和意义 |
1.3 国内外水轮机导叶磨损研究现状 |
1.4 水轮机导叶内部流动研究现状 |
1.5 本文主要研究内容 |
2 数值模拟方法 |
2.1 基本控制方程 |
2.2 湍流计算模型 |
3 水轮机全流道几何建模及网格划分 |
3.1 水轮机基本参数 |
3.2 水轮机全流道三维模型建立 |
3.3 网格划分 |
4 水轮机沙水流动数值模拟计算 |
4.1 计算工况的选择 |
4.2 边界条件的设置 |
4.3 电站泥沙参数 |
4.4 导叶内部数值模拟结果及分析 |
4.5 数值模拟小结 |
5 水轮机导叶泥沙磨损试验及结果分析 |
5.1 试验方法 |
5.2 试验系统及试件设计 |
5.2.1 试件设计及制作 |
5.2.2 试验系统 |
5.3 磨损测试方法 |
5.4 磨损测试结果及分析 |
5.5 磨损试验小结 |
6 结论与展望 |
6.1 结论 |
6.2 展望 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间发表论文及科研成果 |
致谢 |
(7)多泥沙河流水电站水轮机转轮内部流动及磨损研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
1 绪论 |
1.1 课题来源 |
1.2 课题研究的背景、目的及意义 |
1.2.1 课题研究的背景 |
1.2.2 课题研究的目的和意义 |
1.3 国内外研究现状 |
1.3.1 水轮机内部流动研究 |
1.3.2 固液两相流动研究及磨蚀机理 |
1.3.3 水力机械磨蚀试验 |
1.4 主要研究内容 |
2 数值计算方法 |
2.1 固液两相流动的基本运动方程 |
2.2 固液两相流动标准k-ε模型 |
2.3 壁面边界条件 |
3 水轮机沙水流动的数值模拟 |
3.1 水轮机的基本设计参数 |
3.2 三维几何模型的建立及网格划分 |
3.2.1 转轮 |
3.2.2 其他部件 |
3.2.3 计算网格无关性检验 |
3.3 计算参数及边界条件的设置 |
3.4 夏特电站水文参数 |
4 水轮机转轮内部沙水流动计算结果及分析 |
4.1 小流量工况计算结果 |
4.2 设计工况计算结果 |
4.3 大流量工况计算结果 |
4.4 小结 |
5 水轮机转轮叶片泥沙磨损试验及结果分析 |
5.1 试验方法 |
5.2 试验系统及试件设计 |
5.2.1 试验系统 |
5.2.2 试件设计 |
5.3 试验结果及分析 |
5.3.1 试验条件 |
5.3.2 磨损试验结果 |
5.3.3 表面形貌结果 |
5.4 磨损试验小结 |
6 结论与展望 |
6.1 结论 |
6.2 展望 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间发表论文及科研成果 |
致谢 |
(8)混流式水轮机水力优化设计与研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
1 绪论 |
1.1 课题研究背景和意义 |
1.2 国内外水轮机应用发展历程 |
1.3 国内外水轮机水力性能研究现状 |
1.3.1 国外研究现状 |
1.3.2 国内研究现状 |
1.4 课题来源和主要研究内容 |
1.4.1 课题来源 |
1.4.2 主要研究内容 |
2 混流式水轮机几何模型建立及计算域网格划分 |
2.1 水轮机主要结构参数的确定 |
2.2 流式水轮机各通流部件模型建立 |
2.2.1 蜗壳三维水体建模 |
2.2.2 座环及活动导叶三维水体建模 |
2.2.3 转轮三维水体建模 |
2.2.4 尾水管三维水体建模 |
2.3 混流式水轮机全流道各计算域网格划分 |
2.3.1 网格简介 |
2.3.2 各计算域网格生成 |
2.4 本章小结 |
3 流场解析的基本理论及计算方法设置 |
3.1 流动控制方程 |
3.1.1 质量守恒方程 |
3.1.2 动量守恒方程 |
3.2 湍流数值计算模型 |
3.2.1 Reynolds平均法(RANS) |
3.2.2 大涡模拟模型 |
3.3 固-液两相流模型 |
3.4 控制方程计算方法设置 |
3.4.1 边界条件设置 |
3.4.2 离散格式设置 |
3.5 本章小结 |
4 设计工况下混流式水轮机转轮叶片的水力特性优化 |
4.1 转轮叶片各结构参数的优化 |
4.1.1 转轮叶片安放角的水力特性优化 |
4.1.2 转轮叶片厚度的水力特性优化 |
4.1.3 改型前后转轮叶片表面压力性能分析 |
4.2 设计工况下转轮优化模型及其他通流部件数值计算结果与分析 |
4.2.1 蜗壳内部流场流动特性及性能预估 |
4.2.2 座环及活动导叶内部流场流动特性及性能预估 |
4.2.3 转轮内部流场流动特性及性能预估 |
4.2.4 尾水管内部流场流动特性及性能预估 |
4.3 本章小结 |
5 非设计工况下水轮机数值模拟计算结果与分析 |
5.1 计算工况点的选取 |
5.2 各工况点水轮机内部流态分析 |
5.3 各工况点下水轮机水力效率分析 |
5.4 工况点1水轮机各通流部件内部流场流动特性及性能预估 |
5.4.1 工况点1蜗壳内部流场流动特性及性能预估 |
5.4.2 工况点1座环及活动导叶内部流动特性及性能预估 |
5.4.3 工况点1转轮内部流场流动特性及性能预估 |
5.4.4 工况点1尾水管内部流场流动特性及性能预估 |
5.5 工况点2水轮机各通流部件内部流场流动特性及性能预估 |
5.5.1 工况点2蜗壳内部流场流动特性及性能预估 |
5.5.2 工况点2座环及活动导叶内部流场流动特性及性能预估 |
5.5.3 工况点2转轮内部流场流动特性及性能预估 |
5.5.4 工况点2转轮内部流场流动特性及性能预估 |
5.6 工况点3水轮机各通流部件内部流场流动特性及性能预估 |
5.6.1 工况点3蜗壳内部流场流动特性及性能预估 |
5.6.2 工况点3座环及活动导叶内部流场流动特性及性能预估 |
5.6.3 工况点3转轮内部流场流动特性及性能预估 |
5.6.4 工况点3转轮内部流场流动特性及性能预估 |
5.7 本章小结 |
6 总结与展望 |
6.1 总结 |
6.2 展望 |
致谢 |
参考文献 |
个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果 |
(9)水牛家电站水轮机内流场数值计算及转轮流固耦合特性研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
1 绪论 |
1.1 课题来源及名称 |
1.2 本课题研究背景、目的和意义 |
1.2.1 课题研究背景 |
1.2.2 课题研究的目的和意义 |
1.3 国内外相关研究现状及发展趋势 |
1.3.1 水轮机叶片裂纹问题综述 |
1.3.2 水轮机水力振动特性研究现状 |
1.3.3 流固耦合问题研究现状 |
1.4 研究途径与基本技术路线 |
1.5 本课题主要研究内容 |
2 数值计算基础理论 |
2.1 流体运动的基本方程 |
2.1.1 连续性方程 |
2.1.2 动量方程 |
2.1.3 能量方程 |
2.2 湍流模型 |
2.2.1 标准k-ε模型 |
2.2.2 RNGk-ε湍流模型 |
2.2.3 Realizablek-ε湍流模型 |
2.2.4 标准k-ω湍流模型 |
2.2.5 SSTk-ω湍流模型 |
2.3 流固耦合基本理论 |
2.3.1 固体结构控制方程 |
2.3.2 流固耦合基本控制方程 |
2.4 本章小结 |
3 水轮机几何建模及网格划分 |
3.1 水轮机基本设计参数 |
3.2 水轮机几何模型建立 |
3.2.1 蜗壳模型 |
3.2.2 导水机构模型 |
3.2.3 转轮模型 |
3.2.4 尾水管模型 |
3.2.5 水轮机过流部件全流道模型 |
3.3 计算区域网格划分 |
3.4 本章小结 |
4 混流式水轮机全流道内定常流数值计算 |
4.1 计算流体力学(CFD)简介 |
4.2 计算参数设置 |
4.3 不同负荷工况下的流场分析 |
4.3.1 蜗壳内流场分析 |
4.3.2 导叶区域内流场分析 |
4.3.3 转轮内流场分析 |
4.3.4 单叶片表面流场分析 |
4.3.5 尾水管内流场分析 |
4.4 本章小结 |
5 混流式水轮机转轮流固耦合特性研究 |
5.1 转轮实体三维建模及网格划分 |
5.2 转轮模态分析 |
5.2.1 模态分析流程 |
5.2.2 转轮振动频率分析 |
5.2.3 转轮振型分析 |
5.3 转轮应力应变非定常数值计算 |
5.3.1 转轮变形量 |
5.3.2 转轮等效应变 |
5.3.3 转轮最大主应变 |
5.3.4 转轮所受等效应力 |
5.3.5 转轮所受最大主应力 |
5.4 本章小结 |
6 结论与展望 |
6.1 结论 |
6.2 展望 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间发表论文及科研成果 |
致谢 |
(10)夏特水电站水轮机导叶泥沙磨损研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
1 绪论 |
1.1 课题来源 |
1.2 课题研究的背景、目的及意义 |
1.2.1 课题研究的背景 |
1.2.2 课题研究的目的和意义 |
1.3 国内外研究现状 |
1.3.1 水轮机内部流动的研究 |
1.3.2 水轮机的磨蚀及多相流研究 |
1.3.3 水轮机导水机构泥沙磨损、空化研究 |
1.4 主要研究内容 |
2 夏特电站水文情况 |
2.1 引言 |
2.2 夏特电站泥沙参数 |
3 固液两相流动数学模型 |
3.1 固液两相流动基本方程 |
3.2 湍流模型 |
4 水轮机沙水流动的数值模拟 |
4.1 水轮机的基本设计参数和泥沙参数 |
4.2 三维几何模型的建立及网格划分 |
4.2.1 蜗壳 |
4.2.2 固定导叶 |
4.2.3 活动导叶 |
4.2.4 转轮 |
4.2.5 尾水管 |
4.2.6 水轮机计算模型及网格无关性检查 |
4.3 计算参数的确定 |
4.4 边界条件设置 |
4.5 数值计算结果及分析 |
4.5.1 小流量工况计算结果 |
4.5.2 设计工况计算结果 |
4.5.3 大流量工况计算结果 |
4.6 小结 |
5 水轮机导叶泥沙磨损试验 |
5.1 试验原理及方法 |
5.2 试件设计与制作 |
5.3 试验台的搭建 |
5.4 测试设备 |
5.5 磨损试验 |
5.5.1 沙样和磨损材质的选择 |
5.5.2 泥沙磨损测试方法 |
5.5.3 试验工况 |
5.5.4 测试结果 |
5.6 试验结果分析 |
5.7 称重结果 |
5.8 磨损试验小结 |
6 结论与展望 |
6.1 结论 |
6.2 展望 |
参考文献 |
致谢 |
四、含沙河流中混流式水轮机转轮优化设计的研究及其软件包的开发(论文参考文献)
- [1]映秀湾电站河流浊度与水轮机转轮叶片泥沙磨损关系研究[D]. 陈佳瑞. 西华大学, 2021(02)
- [2]混流式水轮机叶道涡试验及数值研究[D]. 唐正强. 西华大学, 2020(01)
- [3]泥沙颗粒对于冲击式水轮机的流动特性影响研究[D]. 张高福. 哈尔滨工业大学, 2020(02)
- [4]映秀湾电站水轮机导水机构沙水流动的数值模拟及泥沙磨损试验装置设计[D]. 王宇. 西华大学, 2020(01)
- [5]高含沙水条件下水轮机转轮的空蚀与磨损研究[D]. 张绒. 重庆交通大学, 2020(01)
- [6]多泥沙高水头水电站水轮机导叶内部流动及磨损研究[D]. 方兴. 西华大学, 2019
- [7]多泥沙河流水电站水轮机转轮内部流动及磨损研究[D]. 袁帅. 西华大学, 2019
- [8]混流式水轮机水力优化设计与研究[D]. 王振振. 重庆理工大学, 2019(08)
- [9]水牛家电站水轮机内流场数值计算及转轮流固耦合特性研究[D]. 彭坜. 西华大学, 2018(02)
- [10]夏特水电站水轮机导叶泥沙磨损研究[D]. 李叶兵. 西华大学, 2018(01)