本文關(guān)鍵詞：混流式水泵水輪機(jī)駝峰區(qū)非定常流動(dòng)特性研究

  更多相關(guān)文章： 水泵水輪機(jī) CFD 駝峰區(qū) 非定常 壓力脈動(dòng)

【摘要】：混流式水泵水輪機(jī)在現(xiàn)實(shí)運(yùn)行中需要頻繁的啟動(dòng)、停機(jī)、事故甩負(fù)荷、緊急事故停機(jī)、大波動(dòng)的增減負(fù)荷以及發(fā)電轉(zhuǎn)調(diào)相等一系列大幅度的工況變遷,其內(nèi)部流動(dòng)處于極其惡劣的湍流流動(dòng),與常規(guī)的水輪機(jī)和水泵相比,混流式水泵水輪機(jī)自身存在水泵駝峰區(qū)不穩(wěn)定的區(qū)域。機(jī)組在泵工況駝峰區(qū)運(yùn)行過程中,會(huì)導(dǎo)致機(jī)組強(qiáng)烈振動(dòng),甚至引發(fā)機(jī)組強(qiáng)烈破壞。駝峰區(qū)不穩(wěn)定性是目前影響機(jī)組安全運(yùn)行的重要問題,并且流道的湍流結(jié)構(gòu)相對(duì)于常規(guī)的水輪機(jī)和水泵工況,要同時(shí)兼顧水輪機(jī)和水泵工況的特點(diǎn),流場(chǎng)具有雙向復(fù)雜旋轉(zhuǎn)邊界條件,其研究難度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于常規(guī)的水輪機(jī)與水泵單向流道中的湍流問題。因此,通過試驗(yàn)研究和數(shù)值計(jì)算,研究水泵水輪機(jī)駝峰區(qū)的內(nèi)流機(jī)理,分析其內(nèi)部流動(dòng)特性,改善運(yùn)行曲線、一定程度消除不穩(wěn)定性具有重要意義。本文對(duì)模型混流式水泵水輪機(jī)內(nèi)部流場(chǎng)進(jìn)行了非定常數(shù)值模擬,探討分析了泵工況駝峰區(qū)的內(nèi)部流動(dòng)機(jī)理,研究了駝峰區(qū)的流場(chǎng)特性和壓力脈動(dòng)特性。研究內(nèi)容如下:1.對(duì)活動(dòng)導(dǎo)葉開度為21mm時(shí)混流式水泵水輪機(jī)泵工況進(jìn)行全流道數(shù)值計(jì)算,獲得外特性曲線,將數(shù)值計(jì)算結(jié)果與模型試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析,討論數(shù)值計(jì)算方法的可靠性和可行性;根據(jù)非定常計(jì)算結(jié)果得到駝峰區(qū)內(nèi)四個(gè)特征工況點(diǎn)的流場(chǎng)信息,包括顯示中間斷面和子午面上靜壓、流速、流線和湍動(dòng)能等參數(shù)的分布規(guī)律,詳細(xì)探討了模型水泵水輪機(jī)在四個(gè)工況下內(nèi)部流場(chǎng)的流動(dòng)特性,分析了內(nèi)部流動(dòng)結(jié)構(gòu)對(duì)外特性的影響,揭示了水泵水輪機(jī)泵工況駝峰區(qū)的內(nèi)部流動(dòng)機(jī)理。2.檢測(cè)駝峰區(qū)四個(gè)工況點(diǎn)下混流式水泵水輪機(jī)內(nèi)部各流動(dòng)域的壓力脈動(dòng),采集壓力信號(hào),運(yùn)用快速傅里葉變換對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理,得到各個(gè)工況點(diǎn)脈動(dòng)頻域和時(shí)域特性,結(jié)合內(nèi)部流動(dòng)特征對(duì)各流動(dòng)域進(jìn)行壓力脈動(dòng)分析。研究結(jié)果表明:混流式水泵水輪機(jī)泵工況進(jìn)入“駝峰區(qū)”時(shí)介質(zhì)流入的流量減小,沖角增大,軸面速度變小,流體射向葉片的背面,在葉片工作面上出現(xiàn)流動(dòng)分離、漩渦現(xiàn)象;雙列葉柵內(nèi)固定導(dǎo)葉、活動(dòng)導(dǎo)葉的壓力面及吸力面逐漸被低速區(qū)流體包圍,這些低速流體形成漩渦阻塞了流道,能量損失變大,速度能轉(zhuǎn)換成壓力能效率降低。這些因素是駝峰區(qū)形成的主要原因。
【關(guān)鍵詞】：水泵水輪機(jī) CFD 駝峰區(qū) 非定常 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
【分類號(hào)】：TK733.1
【目錄】：

• 摘要7-8
• Abstract8-10
• 第1章 緒論10-17
• 1.1 課題來源10
• 1.2 課題背景及研究意義10-13
• 1.2.1 我國抽水蓄能電站發(fā)展現(xiàn)狀與潛力10-12
• 1.2.2 混流式水泵水輪機(jī)簡介12-13
• 1.2.3 混流式水泵水輪機(jī)駝峰區(qū)不穩(wěn)定性問題13
• 1.3 混流式水泵水輪機(jī)駝峰區(qū)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-16
• 1.3.1 國外研究現(xiàn)狀13-14
• 1.3.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀14-16
• 1.4 本文研究的主要問題16-17
• 1.4.1 問題的提出及意義16
• 1.4.2 論文研究的內(nèi)容16-17
• 第2章 湍流基本理論及數(shù)值計(jì)算方法17-22
• 2.1 湍流流動(dòng)控制方程17-19
• 2.1.1 質(zhì)量守恒方程17
• 2.1.2 動(dòng)量守恒方程17-18
• 2.1.3 能量守恒方程18
• 2.1.4 通用控制方程18-19
• 2.2 湍流基本理論介紹19-21
• 2.2.1 湍流數(shù)值模擬方法19-20
• 2.2.2 RNG k-ε湍流模型簡介20-21
• 2.3 本章小結(jié)21-22
• 第3章 水泵水輪機(jī)全流道三維建模及網(wǎng)格劃分22-29
• 3.1 混流式水泵水輪機(jī)模型的介紹22-23
• 3.2 三維模型的建立23-24
• 3.2.1 尾水管模型的建立23
• 3.2.2 轉(zhuǎn)輪模型的建立23
• 3.2.3 活動(dòng)導(dǎo)葉模型的建立23-24
• 3.2.4 固定導(dǎo)葉和蝸殼模型的建立24
• 3.3 計(jì)算域網(wǎng)格劃分24-27
• 3.3.1 網(wǎng)格劃分方法24-25
• 3.3.2 尾水管計(jì)算域網(wǎng)格25-26
• 3.3.3 轉(zhuǎn)輪區(qū)域網(wǎng)格26
• 3.3.4 活動(dòng)導(dǎo)葉區(qū)域網(wǎng)格26
• 3.3.5 蝸殼和固定導(dǎo)葉區(qū)域網(wǎng)格26-27
• 3.4 網(wǎng)格無關(guān)性驗(yàn)證27-28
• 3.5 本章小結(jié)28-29
• 第4章 混流式水泵水輪機(jī)全流道非定常分析29-42
• 4.1 數(shù)值計(jì)算方法和邊界條件的確定29-30
• 4.1.1 邊界條件的設(shè)定29
• 4.1.2 數(shù)值計(jì)算方法與收斂設(shè)置29-30
• 4.2 非定常數(shù)值分析值與試驗(yàn)值對(duì)比分析30-31
• 4.3 非定常內(nèi)流特性分析31-41
• 4.3.1 中間截面流動(dòng)特性分析31-36
• 4.3.2 子午面流動(dòng)特性分析36-39
• 4.3.3 雙列葉柵內(nèi)流線分布特性39-41
• 4.4 本章小結(jié)41-42
• 第5章 駝峰區(qū)壓力脈動(dòng)分析42-51
• 5.1 壓力脈動(dòng)試驗(yàn)測(cè)量42-43
• 5.2 模型試驗(yàn)結(jié)果43-46
• 5.2.1 蝸殼出口44
• 5.2.2 導(dǎo)葉后轉(zhuǎn)輪前44
• 5.2.3 錐管段44-45
• 5.2.4 肘管段45-46
• 5.3 壓力脈動(dòng)數(shù)值分析46-50
• 5.3.1 監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置46-48
• 5.3.2 不同工況對(duì)壓力脈動(dòng)特性的影響48-50
• 5.4 本章小結(jié)50-51
• 第6章 總結(jié)與展望51-54
• 6.1 主要研究結(jié)果51-53
• 6.2 展望53-54
• 參考文獻(xiàn)54-59
• 致謝59-60
• 附錄A 攻讀學(xué)位期間公開發(fā)表的論文60

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