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水泵水輪機(jī)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)關(guān)系到電站與機(jī)組的總體布局，機(jī)組長(zhǎng)期運(yùn)行穩(wěn)定性，未來(lái)機(jī)組運(yùn)行維護(hù)的經(jīng)濟(jì)性和方便性，是機(jī)組前期設(shè)計(jì)中的重要一環(huán)。水泵水輪機(jī)的總體布置主要關(guān)注點(diǎn)包括水泵水輪機(jī)機(jī)組拆裝方式、底環(huán)與尾水錐管埋設(shè)方式、活動(dòng)導(dǎo)葉操作形式等內(nèi)容。.

網(wǎng)格 計(jì)算網(wǎng)格是采用TCFD中的snappyHexMesh模塊自動(dòng)構(gòu)建的。對(duì)于水輪機(jī)的各個(gè)部件，設(shè)置背景網(wǎng)格的大小，再對(duì)各部位進(jìn)行網(wǎng)格加密。整個(gè)水輪機(jī)模型，長(zhǎng)6237mm，高3364mm，寬3473mm，基礎(chǔ)網(wǎng)格為邊長(zhǎng)10mm的立方體。

可以在同一個(gè) Omnis 項(xiàng)目中生成和組合單個(gè)幾何體的結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格。如圖 4所示，對(duì)于水輪機(jī)，尾水管的非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格在 Omnis Hexpress 上執(zhí)行，而葉輪和導(dǎo)葉的結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格在 Omnis Auto Grid 上執(zhí)行。 圖 4.

現(xiàn)代發(fā)電用水輪機(jī)可以分為兩類(lèi)，沖擊式水輪機(jī)和反擊式水輪機(jī)，沖擊式水輪機(jī)主要由水流的動(dòng)能做功，做功過(guò)程中壓力基本保持不變；反擊式水輪機(jī)則由水流的動(dòng)能和壓力能共同做功。

最終將各網(wǎng)格子單元按照模型的順序嵌套為整體網(wǎng)格，如圖2，共有1000多萬(wàn)個(gè)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)。 圖2燈泡貫流式水輪機(jī)全流道網(wǎng)格 1.3 CFD計(jì)算方法 （1）控制方程：燈泡貫流式水輪機(jī)遵循連續(xù)方程、動(dòng)量守恒方程、能量守恒方程、組分質(zhì)量守恒方程、氣體狀態(tài)方程和通用控制方程。 （2）邊界條件：進(jìn)口邊界為質(zhì)量流量，出口邊界為給定靜壓。

2023年11月22日 Cadence Fidelity 水泵水輪機(jī)CFD模擬解決方案和應(yīng)用↑點(diǎn)擊圖片觀(guān)看全部?jī)?nèi)容 水泵和水輪機(jī)的CFD模擬會(huì)面臨很多問(wèn)題，如幾何復(fù)雜性帶來(lái)的網(wǎng)格質(zhì)量問(wèn)題，動(dòng)靜區(qū)域的處理，非定常渦流的高精度捕捉，非牛頓流體的處理，多相流問(wèn)題以及氣蝕等。

由于水輪機(jī)體型大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、具有許多運(yùn)動(dòng)部件及葉片，內(nèi)部產(chǎn)生的流場(chǎng)十分復(fù)雜，因此目前通常使用計(jì)算流體力學(xué)CFD仿真的方法來(lái)研究水輪機(jī)的內(nèi)部流場(chǎng)情況。本案例使用CFD仿真軟件，在Francis-99水輪機(jī)尾水管內(nèi)以數(shù)值方式重建旋轉(zhuǎn)渦帶，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證。用于驗(yàn)證的實(shí)驗(yàn)結(jié)果由挪威科技大學(xué)搭建的Francis-99水輪機(jī)實(shí)驗(yàn)臺(tái)架公開(kāi)案例提供。

最終將各網(wǎng)格子單元按照模型的順序嵌套為整體網(wǎng)格，如圖2，共有1000多萬(wàn)個(gè)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)。 圖2燈泡貫流式水輪機(jī)全流道網(wǎng)格 1.3 CFD計(jì)算方法 （1）控制方程：燈泡貫流式水輪機(jī)遵循連續(xù)方程、動(dòng)量守恒方程、能量守恒方程、組分質(zhì)量守恒方程、氣體狀態(tài)方程和通用控制方程。 （2）邊界條件：進(jìn)口邊界為質(zhì)量流量，出口邊界為給定靜壓。

一、基于Star-ccm+的旋轉(zhuǎn)水輪機(jī)數(shù)值模擬導(dǎo)讀：STAR-CCM+是一款當(dāng)前比較流行的計(jì)算流體力學(xué)軟件，該軟件在旋轉(zhuǎn)機(jī)械領(lǐng)域具有很大的應(yīng)用場(chǎng)景，本文基于STAR-CCM+軟件中的運(yùn)動(dòng)參考系的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)水輪機(jī)的數(shù)值模擬，過(guò)程涉及變參考系旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)方法，基于VOF方法的水力空化模擬方法以及相關(guān)后處理方法等。

水輪機(jī)主要包括底環(huán)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)輪體、支持蓋和受油器等，其中轉(zhuǎn)輪體是水輪機(jī)的主要運(yùn)動(dòng)部件，是控制水電轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵，同時(shí)也是易于摩損或損壞的關(guān)鍵部件。水輪機(jī)輪轉(zhuǎn)體一般分為三個(gè)部分進(jìn)行鑄造，分別為：上冠、葉片和下環(huán)，這三個(gè)部分鑄件鑄造的質(zhì)量決定了轉(zhuǎn)輪體的質(zhì)量，進(jìn)而影響水輪機(jī)的運(yùn)行效率與壽命。因此研究水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪體部件鑄造工藝是保證水輪機(jī)質(zhì)量的前提。

由于水輪機(jī)體型大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、具有許多運(yùn)動(dòng)部件及葉片，內(nèi)部產(chǎn)生的流場(chǎng)十分復(fù)雜，因此目前通常使用計(jì)算流體力學(xué)CFD仿真的方法來(lái)研究水輪機(jī)的內(nèi)部流情況。 本案例使用CFD仿真軟件，在Francis-99水輪機(jī)尾水管內(nèi)以數(shù)值方式重建旋轉(zhuǎn)渦帶，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證。

水泵技術(shù)，2018， (3): 6-10. [3]劉錦濤，李永，胡齊，高永，莊保堂. 基于湍動(dòng)能的水泵水輪機(jī)無(wú)葉區(qū)流動(dòng)分析[J]. 工程熱物理學(xué)報(bào)，2015，36(9):1933-1936. [4]劉全忠，宮汝志，王洪杰，張勇. 離心泵隔舌間隙對(duì)葉輪流體作用力影響[J]. 水泵技術(shù)，2009，(4): 26-29. [5]司喬瑞，袁壽其，袁建平.

一、案例背景水輪機(jī)是水電站發(fā)電用的設(shè)備，活動(dòng)導(dǎo)葉是水輪機(jī)的一個(gè)部件，可以預(yù)先調(diào)節(jié)水的流量和角度。因此活動(dòng)導(dǎo)葉會(huì)承受較大水壓，發(fā)生微小變形，設(shè)計(jì)時(shí)需要對(duì)其進(jìn)行靜強(qiáng)度分析。 本案例需要的輸入文件和參數(shù)信息如下表：圖1 幾何模型二、導(dǎo)入幾何a. 啟動(dòng)AIFEM 2024R1；b.

概 要 1）案例描述 水輪機(jī)活動(dòng)導(dǎo)葉對(duì)整個(gè)機(jī)組的性能和安全起著至關(guān)重要的作用。為驗(yàn)證某型水輪機(jī)活動(dòng)導(dǎo)葉剛強(qiáng)度，本案例對(duì)其額定水頭工況進(jìn)行靜力分析。 2）幾何 某型 活動(dòng)導(dǎo)葉幾何如圖1-1所示，葉片造型類(lèi)似機(jī)翼，一側(cè)弧度大，一側(cè)弧度小。弧度大側(cè)為正面C，弧度小側(cè)為反面G。

水泵轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的振動(dòng)問(wèn)題一直是國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究的熱點(diǎn)問(wèn)題，已有相關(guān)文獻(xiàn)[7-18]對(duì)多級(jí)離心泵、帶分流葉片水泵水輪機(jī)、蝸殼式混流泵、多級(jí)沖壓泵等諸多類(lèi)型的轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行了研究分析，但較少涉及到雙葉片環(huán)保泵轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的振動(dòng)問(wèn)題。國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)環(huán)保用泵的相關(guān)研究更多集中在改善其抗堵塞性能和提高效率等方面，如葉輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、泵內(nèi)部流動(dòng)機(jī)理、性能預(yù)測(cè)理論和方法[19-22]等。

“小汽油機(jī)”分會(huì)擁有 180 余家會(huì)員單位，集合了以小汽油機(jī)動(dòng)力為主，以泵、發(fā)電機(jī)、高壓清洗機(jī)、風(fēng)扇等配套廠(chǎng)商為輔的龐大群體。其產(chǎn)品包括發(fā)電機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)、割草機(jī)、清洗機(jī)、園林機(jī)械、微耕機(jī)、水泵等工業(yè)產(chǎn)品。去年全球“小汽油機(jī)”產(chǎn)品出貨量 7,000 萬(wàn)臺(tái)左右；中國(guó) 3,967 萬(wàn)臺(tái)，其中大部分用于出口。由于對(duì)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的極強(qiáng)適應(yīng)性，在可預(yù)見(jiàn)的未來(lái)，其下游需求仍將長(zhǎng)期保持旺盛。

2）幾何 水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪幾何如圖1-1所示，其主要運(yùn)行形式為繞中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)。