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水泵水輪機總體結構設計關系到電站與機組的總體布局，機組長期運行穩定性，未來機組運行維護的經濟性和方便性，是機組前期設計中的重要一環。水泵水輪機的總體布置主要關注點包括水泵水輪機機組拆裝方式、底環與尾水錐管埋設方式、活動導葉操作形式等內容。.

CFD技術在水輪機領域廣泛應用使其地位變得越來越重要。其中主要原因是：在模型轉輪制造之前就可以采用CFD對水力設計進行優化，這樣可以大大減少模型試驗的時間和費用。其次，采用CFD可以對最終設計的轉輪葉片型線進行優化，這在傳統的模型試驗方法中是幾乎不可能的。

本文選取此類型水輪機進行仿真計算。 水輪機的CFD計算，屬于典型的氣液兩相流問題，通常需要應用的計算模型有湍流模型、多相流模型、空化模型、運動模型等。在多相流模型模型中，為了刻畫水流沖擊葉片時的兩相界面，通常使用VOF方法和LEVEL SET方法實現界面捕捉，關于這兩種方法的特點，可查詢公眾號往期文章。

前處理 TCFD目前支持stl格式模型的導入，我們需要對水輪機模型進行處理。去除模型中微小的、不相關的和有問題的部分，并且封閉所有孔（需要保證表面水密）。模型前處理階段在整個工作流程中非常重要，模型的精度會限制最終的仿真模擬精度。

引言 本文以某燈泡貫流式水輪機為研究對象，應用三維造型軟件建立三維水體模型，使用CFD軟件采用分塊網格技術將包括進水流道、導葉、葉片、尾水管的整個子區域分別進行網格劃分，并確定適合的CFD計算方法、收斂標準及水輪機效率。其中，CFD計算方法包括：控制方程、邊界條件、進出口邊界、動靜交界耦合面、SIMPLEC算法、湍流模型。

由于水輪機體型大、結構復雜、具有許多運動部件及葉片，內部產生的流場十分復雜，因此目前通常使用計算流體力學CFD仿真的方法來研究水輪機的內部流場情況。本案例使用CFD仿真軟件，在Francis-99水輪機尾水管內以數值方式重建旋轉渦帶，并根據實驗結果驗證。用于驗證的實驗結果由挪威科技大學搭建的Francis-99水輪機實驗臺架公開案例提供。

為了改進渦繩建模的結果，特別是捕捉強渦流，雷諾應力方程模型 (RSM) 被推薦。 圖 3. 速度流線顯示水輪機內的渦繩。 另一種可視化流動中渦流的方法是使用 Q 準則（它定義渦量大小大于應變率的渦流）。對于相同的幾何形狀，可以應用多個設計條件，例如，使用相同的網格生成和模擬設置的葉片的多個開口，以節省大量時間。

本文以數值模擬為突破點，對水輪機轉輪用部件(上冠和下環)鑄造過程的典型缺陷進行預測，結合缺陷結果對水輪機部件分別進行工藝優化，以期獲得良好的鑄件。分析水輪機轉輪用下環鑄鋼件的典型缺陷，確定了夾雜為其主要缺陷。建立了夾雜粒子運動軌跡預測模型，對原始工藝水輪機轉輪用下環鑄鋼件進行充型過程流動分析及夾雜粒子運動軌跡預測，基于模擬分析手段，對下環鑄鋼件進行工藝優化，對夾雜缺陷的消除與轉移具有良好的效果。

圖2 余能回收水輪機全流道模型 某輸水管網末端壓力較高，經測量可利用壓頭約31m，平均流量為720/h，采用余能回收水輪機進行發電回收富裕的能量。基于一元理論得到軸面流線并分為若干段，然后按照參數化設計方法對每個微元段進行計算，最終得到葉片骨線坐標。

由于水輪機體型大、結構復雜、具有許多運動部件及葉片，內部產生的流場十分復雜，因此目前通常使用計算流體力學CFD仿真的方法來研究水輪機的內部流情況。 本案例使用CFD仿真軟件，在Francis-99水輪機尾水管內以數值方式重建旋轉渦帶，并根據實驗結果驗證。

引言 本文以某燈泡貫流式水輪機為研究對象，應用三維造型軟件建立三維水體模型，使用CFD軟件采用分塊網格技術將包括進水流道、導葉、葉片、尾水管的整個子區域分別進行網格劃分，并確定適合的CFD計算方法、收斂標準及水輪機效率。其中，CFD計算方法包括：控制方程、邊界條件、進出口邊界、動靜交界耦合面、SIMPLEC算法、湍流模型。

一、基于Star-ccm+的旋轉水輪機數值模擬導讀：STAR-CCM+是一款當前比較流行的計算流體力學軟件，該軟件在旋轉機械領域具有很大的應用場景，本文基于STAR-CCM+軟件中的運動參考系的方法來實現旋轉水輪機的數值模擬，過程涉及變參考系旋轉實現方法，基于VOF方法的水力空化模擬方法以及相關后處理方法等。

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

水輪機中強大的振動和壓力脈動可能給機械的性能、壽命和安全造成嚴重的不利影響。它會導致噪聲、裂紋乃至機械故障。全球領先的水電設備、技術和服務供應商之一，Voith Hydro 公司觀察到，強烈振動可能導致混流式水輪機導流葉片出現疲勞裂紋。在立軸混流式水輪機中，水從水平方向流入螺旋形管道（蝸殼），其環繞在旋轉轉輪周圍。靜態的導流葉片用于調節并將水流導向轉輪的外沿。

2023年11月22日 Cadence Fidelity 水泵水輪機CFD模擬解決方案和應用↑點擊圖片觀看全部內容 水泵和水輪機的CFD模擬會面臨很多問題，如幾何復雜性帶來的網格質量問題，動靜區域的處理，非定常渦流的高精度捕捉，非牛頓流體的處理，多相流問題以及氣蝕等。

為了確定水輪機載荷，通過STAR-CCM+ 數值模擬得到本文水輪機側向力（見圖 5）和推力曲線（見圖 6）。根據所得數據將水輪機在相應流速下所得載荷按照定常力和力矩的形式加入數值模型中。

一、案例背景水輪機是水電站發電用的設備，活動導葉是水輪機的一個部件，可以預先調節水的流量和角度。因此活動導葉會承受較大水壓，發生微小變形，設計時需要對其進行靜強度分析。 本案例需要的輸入文件和參數信息如下表：圖1 幾何模型二、導入幾何a. 啟動AIFEM 2024R1；b.

設計中應滿足通過蝸殼任意斷面i的流量Qi均勻減少，如式(1)所示：式中：Q為水輪機最大引水流量；φi為從蝸殼鼻端至任意斷面i的包角(逆時針)。1.2 尾水肘管尾水肘管是反擊式水輪機的重要部件，是連接水輪機轉輪出口與尾水的管道結構。

為了確定水輪機載荷，通過STAR-CCM+ 數值模擬得到本文水輪機側向力（見圖 5）和推力曲線（見圖 6）。根據所得數據將水輪機在相應流速下所得載荷按照定常力和力矩的形式加入數值模型中。