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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)組長期運(yùn)行穩(wěn)定性，未來機(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。.

本文選取此類型水輪機(jī)進(jìn)行仿真計(jì)算。 水輪機(jī)的CFD計(jì)算，屬于典型的氣液兩相流問題，通常需要應(yīng)用的計(jì)算模型有湍流模型、多相流模型、空化模型、運(yùn)動(dòng)模型等。在多相流模型模型中，為了刻畫水流沖擊葉片時(shí)的兩相界面，通常使用VOF方法和LEVEL SET方法實(shí)現(xiàn)界面捕捉，關(guān)于這兩種方法的特點(diǎn)，可查詢公眾號往期文章。

4、含沙水流分析及磨損預(yù)測 顆粒多相流仿真 材料磨損的定性、定量分析 優(yōu)化轉(zhuǎn)輪設(shè)計(jì)（進(jìn)口直徑和出口直徑等設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇、轉(zhuǎn)輪葉片的改進(jìn)設(shè)計(jì)） 水輪機(jī)泥沙磨損不僅與過機(jī)水流的含沙量，沙粒的礦物成分、硬度、形狀、粒徑、運(yùn)動(dòng)速度等有關(guān)，而且受水輪機(jī)的設(shè)計(jì)、水力模型

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)用場景，本文基于STAR-CCM+軟件中的運(yùn)動(dòng)參考系的方法來實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)水輪機(jī)的數(shù)值模擬，過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。

前處理 TCFD目前支持stl格式模型的導(dǎo)入，我們需要對水輪機(jī)模型進(jìn)行處理。去除模型中微小的、不相關(guān)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(gè)工作流程中非常重要，模型的精度會(huì)限制最終的仿真模擬精度。

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仿真的方法來研究水輪機(jī)的內(nèi)部流場情況。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)臺架公開案例提供。

為了改進(jìn)渦繩建模的結(jié)果，特別是捕捉強(qiáng)渦流，雷諾應(yīng)力方程模型 (RSM) 被推薦。 圖 3. 速度流線顯示水輪機(jī)內(nèi)的渦繩。 另一種可視化流動(dòng)中渦流的方法是使用 Q 準(zhǔn)則（它定義渦量大小大于應(yīng)變率的渦流）。對于相同的幾何形狀，可以應(yīng)用多個(gè)設(shè)計(jì)條件，例如，使用相同的網(wǎng)格生成和模擬設(shè)置的葉片的多個(gè)開口，以節(jié)省大量時(shí)間。

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)擊圖片觀看全部內(nèi)容 水泵和水輪機(jī)的CFD模擬會(huì)面臨很多問題，如幾何復(fù)雜性帶來的網(wǎng)格質(zhì)量問題，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，多相流問題以及氣蝕等。

引言 本文以某燈泡貫流式水輪機(jī)為研究對象，應(yīng)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(wǎng)格技術(shù)將包括進(jìn)水流道、導(dǎo)葉、葉片、尾水管的整個(gè)子區(qū)域分別進(jìn)行網(wǎng)格劃分，并確定適合的CFD計(jì)算方法、收斂標(biāo)準(zhǔn)及水輪機(jī)效率。其中，CFD計(jì)算方法包括：控制方程、邊界條件、進(jìn)出口邊界、動(dòng)靜交界耦合面、SIMPLEC算法、湍流模型。

本文以數(shù)值模擬為突破點(diǎn)，對水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪用部件(上冠和下環(huán))鑄造過程的典型缺陷進(jìn)行預(yù)測，結(jié)合缺陷結(jié)果對水輪機(jī)部件分別進(jìn)行工藝優(yōu)化，以期獲得良好的鑄件。分析水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪用下環(huán)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(yùn)動(dòng)軌跡預(yù)測模型，對原始工藝水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪用下環(huán)鑄鋼件進(jìn)行充型過程流動(dòng)分析及夾雜粒子運(yùn)動(dòng)軌跡預(yù)測，基于模擬分析手段，對下環(huán)鑄鋼件進(jìn)行工藝優(yōu)化，對夾雜缺陷的消除與轉(zhuǎn)移具有良好的效果。

圖2 余能回收水輪機(jī)全流道模型 某輸水管網(wǎng)末端壓力較高，經(jīng)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(jī)進(jìn)行發(fā)電回收富裕的能量?；谝辉碚摰玫捷S面流線并分為若干段，然后按照參數(shù)化設(shè)計(jì)方法對每個(gè)微元段進(jìn)行計(jì)算，最終得到葉片骨線坐標(biāo)。

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。

引言 本文以某燈泡貫流式水輪機(jī)為研究對象，應(yīng)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(wǎng)格技術(shù)將包括進(jìn)水流道、導(dǎo)葉、葉片、尾水管的整個(gè)子區(qū)域分別進(jìn)行網(wǎng)格劃分，并確定適合的CFD計(jì)算方法、收斂標(biāo)準(zhǔn)及水輪機(jī)效率。其中，CFD計(jì)算方法包括：控制方程、邊界條件、進(jìn)出口邊界、動(dòng)靜交界耦合面、SIMPLEC算法、湍流模型。

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.

圖1：水泵的流道結(jié)構(gòu)（左）以及 STAR-CCM+ 沿中心平面的計(jì)算網(wǎng)格（右） STAR-CCM+ 采用分離流求解器，同時(shí)結(jié)合二階對流差分格式以及 SST K-ω 湍流模型。啟用多相流（VOF）模型捕捉水和水汽之間的交界面，選擇Rayleigh-Plesset 空化模型進(jìn)行空化模擬?；趨⒖键c(diǎn)給定進(jìn)口總壓力條件并指定進(jìn)口和出口的質(zhì)量流量。

水輪機(jī)中強(qiáng)大的振動(dòng)和壓力脈動(dòng)可能給機(jī)械的性能、壽命和安全造成嚴(yán)重的不利影響。它會(huì)導(dǎo)致噪聲、裂紋乃至機(jī)械故障。全球領(lǐng)先的水電設(shè)備、技術(shù)和服務(wù)供應(yīng)商之一，Voith Hydro 公司觀察到，強(qiáng)烈振動(dòng)可能導(dǎo)致混流式水輪機(jī)導(dǎo)流葉片出現(xiàn)疲勞裂紋。在立軸混流式水輪機(jī)中，水從水平方向流入螺旋形管道（蝸殼），其環(huán)繞在旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)輪周圍。靜態(tài)的導(dǎo)流葉片用于調(diào)節(jié)并將水流導(dǎo)向轉(zhuǎn)輪的外沿。

為了確定水輪機(jī)載荷，通過STAR-CCM+ 數(shù)值模擬得到本文水輪機(jī)側(cè)向力（見圖 5）和推力曲線（見圖 6）。根據(jù)所得數(shù)據(jù)將水輪機(jī)在相應(yīng)流速下所得載荷按照定常力和力矩的形式加入數(shù)值模型中。

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.

設(shè)計(jì)中應(yīng)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(jī)最大引水流量；φi為從蝸殼鼻端至任意斷面i的包角(逆時(shí)針)。1.2 尾水肘管尾水肘管是反擊式水輪機(jī)的重要部件，是連接水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪出口與尾水的管道結(jié)構(gòu)。