混流式水轮机水力优化设计的关键技术及应用获奖记录

2014年度国家科学技术进步奖二等奖。 2100433B

主要完成人：罗兴锜，吴玉林，覃大清，郭鹏程，张乐福，刘树红，郑小波，廖伟丽，魏显著，高忠信

主要完成单位：西安理工大学，清华大学，哈尔滨大电机研究所，中国水利水电科学研究院

《传感器阵列波束优化设计及应用》系统地介绍了传感器阵列波束形成器优化设计方法及其应用。全书分8章，主要叙述了窄带波束优化设计方法、宽带波束形成器实现方法及宽带波束优化设计方法，最后将各波束形成方法应用于目标方位估计。书中融入了作者及合作者多年来从事阵列信号处理方面科研工作的实际经验，纳入了作者近年来在国内外重要期刊发表的十余篇论文，同时也采纳了少量散见于各种文献中的部分内容。

《传感器阵列波束优化设计及应用》对波束优化设计问题叙述详尽，理论分析力求系统、深入，说理深入浅出，便于自学。《传感器阵列波束优化设计及应用》可作为声呐、雷达及无线通信信号处理专业的本科生、研究生和教师的参考书，也可供有关专业科学研究与工程技术人员参考。

大型乃至巨型水轮机组，其尾水管引起的水力振动对其稳定性影响越来越大，但对其内部的运动规律，尤其是在非稳态工况下，水轮机尾水管涡带、压力脉动等水力现象及其诱发机组的振动机理还有许多不明确处，因此，对大型混流式水轮机尾水管水力振动进行研究成为目前亟待解决的迫切问题。 本项目通过开展大型混流式水轮机组不同工况下尾水管水力振动试验及对水轮机内部进行非定常并行数值模拟等研究手段对大型混流式水轮机瞬态过程现象进行深入分析研究，并得到以下成果： (1)推导建立了具有角加速度的旋转参考坐标系下的控制方程，结合转轮旋转平衡方程，给出了相应新的源项形式。构建了混流式水轮机三维非稳态湍流数值模拟的程序算法。 (2)通过对水轮机以尾水管涡带运动的分析，认为其运动的主体为螺旋涡管运动，其影响范围随工况的不同而不同。且旋涡在演化过程中，其涡核位置随机变化，但最终稳定在一个特定位置。且尾水管内旋涡能量集中区域，高涡量区主要存在于靠近壁面半径的前1/3处，并且随时间变化围绕横截面中心运动。 (3)进行了模型水轮机的压力脉动试验。结果表明：保持水头、单位转速一定，只改变导叶开度，压力脉动幅值随导叶开度的增大而减小。实测的3种开度工况下，压力脉动成分均含涡带频率、旋转频率及倍频。当保持水头、开度等一定，而只改变单位转速条件下，压力脉动相对幅值随单位转速的减小而减小，压力脉动成分只以旋转频率和其倍频为主，实测的数据与理论吻合较好。 (4)设计出1种含有涡流发生器的新型试验尾水管，对涡流发生器的机理进行一定的研究。运用壁面函数法建立全流道结构网格，用SST模型对其进行数值计算，分别以涡产生截面和涡开始发展截面作为涡流发生器叶片的安装截面，计算出尾水管各工况下的能量恢复系数，找出了涡流发生器的最优安装方法． 同时，本项目成果荣获大禹水利科学技术奖二等奖一项，发表SCI、EI论文5篇，其它学术论文共13篇 ，申请专利5项，指导博士后1名，博士2名，硕士3名。成果推广后，社会经济效益显著。

空调系统水力不平衡的现象依然很严重，而水力不平衡是造成空调能耗浪费的主要原因之一，同时，水力平衡又是保证其他节能措施能够可靠实施的前提。

因此，对空调系统的运行而言，首先应该做到水力平衡，让支路干管的实际运行流量与设计流量尽量相符，让每一个末端都不会有着明显的欠流过流现象，系统的节能舒适稳定运行也就有了坚实的基础。