本文關(guān)鍵詞：部分負(fù)荷工況下水泵水輪機(jī)空化流動(dòng)特性研究

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【摘要】：可逆式水泵水輪機(jī)兼具儲(chǔ)能和發(fā)電的特點(diǎn),在電力系統(tǒng)中擔(dān)任調(diào)峰、調(diào)頻、調(diào)相和事故備用等重要角色。隨著抽水蓄能機(jī)組逐漸向高水頭、大容量和高速化方向發(fā)展,對(duì)機(jī)組的運(yùn)行穩(wěn)定性提出了更高的要求。空化是影響水力機(jī)械高效安全運(yùn)行的重要因素之一,嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起流道內(nèi)水流流動(dòng)紊亂并產(chǎn)生劇烈的壓力脈動(dòng),從而導(dǎo)致過(guò)流部件發(fā)生水力振動(dòng)和空蝕破壞。本文針對(duì)水泵水輪機(jī)在部分負(fù)荷工況下尾水管空化渦帶誘發(fā)的一系列不穩(wěn)定流動(dòng)問(wèn)題,圍繞機(jī)組處于不同空化階段時(shí)流道內(nèi)復(fù)雜的空化流動(dòng)特性展開(kāi)了相關(guān)研究。以國(guó)內(nèi)某抽水蓄能電站模型水泵水輪機(jī)為研究對(duì)象,借助計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)軟件完成了空化流動(dòng)的瞬態(tài)計(jì)算;結(jié)合模型試驗(yàn)數(shù)據(jù),對(duì)不同裝置空化系數(shù)下機(jī)組的內(nèi)流特性以及壓力脈動(dòng)特性進(jìn)行了有效預(yù)測(cè),為水泵水輪機(jī)運(yùn)行工況的合理選擇提供了一定的參考依據(jù)。主要做出以下幾個(gè)方面的工作:1)基于研究對(duì)象的幾何參數(shù),利用PRO/E軟件進(jìn)行了全流道三維幾何建模,采用ICEM-CFD軟件分別完成了各過(guò)流區(qū)域的網(wǎng)格劃分工作,驗(yàn)證了網(wǎng)格的無(wú)關(guān)性,合理選取湍流及空化模型、設(shè)置邊界條件及確定收斂精度,建立起一套完整的模型水泵水輪機(jī)空化流動(dòng)特性的數(shù)值計(jì)算模型。2)基于原機(jī)組模型試驗(yàn)數(shù)據(jù),選擇各特征工況點(diǎn)并給定相應(yīng)的工作參數(shù),對(duì)模型水泵水輪機(jī)進(jìn)行了全流道空化流動(dòng)數(shù)值計(jì)算。結(jié)合理論分析及模型試驗(yàn)結(jié)果,驗(yàn)證了數(shù)值計(jì)算方案的可行性,對(duì)比分析了裝置空化系數(shù)的改變對(duì)水力性能及內(nèi)流狀態(tài)的影響。結(jié)果表明,空化的發(fā)生及發(fā)展導(dǎo)致水力效率急劇下降,軸向力明顯增大,空化渦帶開(kāi)始生成并逐漸由細(xì)變粗,阻塞了部分流道造成過(guò)流能力下降,對(duì)機(jī)組的安全穩(wěn)定性造成不利的影響。3)沿著流動(dòng)方向在流道內(nèi)多處布置壓力監(jiān)測(cè)點(diǎn),記錄各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的靜壓隨時(shí)間的變化歷程,借助ORIGIN軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行快速傅立葉變換(FFT),得到相應(yīng)的頻譜特性。考慮空間位置和運(yùn)行工況等因素的影響,分析了不同裝置空化系數(shù)下水泵水輪機(jī)的壓力脈動(dòng)特性,探討了空化的發(fā)生和發(fā)展與全流道壓力脈動(dòng)的分布及傳播方式之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。
【關(guān)鍵詞】：水泵水輪機(jī) 部分負(fù)荷 空化性能 內(nèi)流特性 壓力脈動(dòng)
【學(xué)位授予單位】：蘭州理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TK730.1
【目錄】：

• 摘要7-8
• Abstract8-10
• 第1章 緒論10-19
• 1.1 課題來(lái)源10
• 1.2 課題研究背景及意義10-12
• 1.2.1 我國(guó)抽水蓄能電站的發(fā)展前景10-11
• 1.2.2 存在問(wèn)題與研究意義11-12
• 1.3 國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究進(jìn)展12-17
• 1.3.1 計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)概況12-13
• 1.3.2 湍流及空化模型的發(fā)展應(yīng)用13-16
• 1.3.3 水力機(jī)械空化流動(dòng)的研究現(xiàn)狀16-17
• 1.4 本文的主要研究?jī)?nèi)容17-18
• 1.5 本章小結(jié)18-19
• 第2章 空化流動(dòng)的相關(guān)理論19-25
• 2.1 空化的基本理論19-22
• 2.1.1 空化的基本概念19
• 2.1.2 空化的形成機(jī)理19-21
• 2.1.3 空化的類(lèi)型21
• 2.1.4 電站空化系數(shù)21-22
• 2.2 空化對(duì)水力機(jī)械的危害22-24
• 2.2.1 水力機(jī)械中的空蝕破壞22-23
• 2.2.2 空化對(duì)水輪機(jī)特性的影響23-24
• 2.3 空化與空蝕的防護(hù)及改善措施24
• 2.4 本章小結(jié)24-25
• 第3章 數(shù)值計(jì)算模型建立25-31
• 3.1 物理模型簡(jiǎn)介25
• 3.2 幾何模型建立25-26
• 3.3 計(jì)算域網(wǎng)格劃分26-29
• 3.3.1 網(wǎng)格劃分方法26-27
• 3.3.2 流道網(wǎng)格劃分27-28
• 3.3.3 網(wǎng)格無(wú)關(guān)性驗(yàn)證28-29
• 3.4 邊界條件設(shè)置29-30
• 3.5 本章小結(jié)30-31
• 第4章 部分負(fù)荷工況下水泵水輪機(jī)的內(nèi)流特性分析31-39
• 4.1 模型試驗(yàn)簡(jiǎn)介31-32
• 4.2 計(jì)算工況點(diǎn)選取32
• 4.3 非定常計(jì)算結(jié)果分析32-38
• 4.3.1 空化性能曲線32-33
• 4.3.2 葉輪區(qū)域流場(chǎng)分析33-36
• 4.3.3 尾水管區(qū)域流場(chǎng)分析36-38
• 4.4 本章小結(jié)38-39
• 第5章 部分負(fù)荷工況下水泵水輪機(jī)的脈動(dòng)特性分析39-53
• 5.1 無(wú)空化狀態(tài)下的壓力脈動(dòng)試驗(yàn)39-43
• 5.1.1 壓力脈動(dòng)測(cè)量39-40
• 5.1.2 模型試驗(yàn)結(jié)果40-43
• 5.2 空化條件下的非定常數(shù)值計(jì)算43-52
• 5.2.1 壓力信號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置43-44
• 5.2.2 非定常數(shù)值模擬結(jié)果驗(yàn)證44-45
• 5.2.3 空化條件下各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的壓力脈動(dòng)分析45-52
• 5.3 本章小結(jié)52-53
• 結(jié)論與展望53-55
• 結(jié)論53-54
• 展望54-55
• 參考文獻(xiàn)55-60
• 致謝60-61
• 附錄A 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的論文61

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