本文關(guān)鍵詞：水泵水輪機(jī)S特性形成機(jī)理的水動力學(xué)分析

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【摘要】：混流式水泵水輪機(jī)的全特性曲線普遍存在S形區(qū)域,機(jī)組在水輪機(jī)工況啟動過程中進(jìn)入S區(qū)易發(fā)生流量震蕩,造成并網(wǎng)困難,嚴(yán)重影響電站的安全運行。本文將模型試驗與數(shù)值計算相結(jié)合,分別以最優(yōu)開度線和小開度線情況分析水泵水輪機(jī)特性曲線形成S形的水動力學(xué)機(jī)理。以模型水泵水輪機(jī)為研究對象,對特性曲線進(jìn)行了詳細(xì)分析。結(jié)合多套水泵水輪機(jī)模型特性曲線發(fā)現(xiàn),在第一象限發(fā)生S形彎折的”拐點”與其飛逸點并不一定重合。本文重點對S形區(qū)域極偏工況的”拐點”與附近工況點進(jìn)行詳細(xì)的三維流動特性分析。首先對最優(yōu)開度線進(jìn)行全流道多工況點的三維數(shù)值模擬,選取包括S區(qū)工況在內(nèi)的五個點進(jìn)行非定常數(shù)值計算。最優(yōu)工況下機(jī)組整體流道內(nèi)流動順暢;”拐點”工況無葉區(qū)的流速沿周向分布為周期性的流入和流出,轉(zhuǎn)輪葉片間出現(xiàn)明顯的流動分離現(xiàn)象和大尺度漩渦流,阻塞了主流道,水流對轉(zhuǎn)輪幾乎不做功。在小流量的制動工況,無葉區(qū)內(nèi)存在沿轉(zhuǎn)輪周向流動的封閉“水環(huán)”,阻礙了水流的流進(jìn)或流出,轉(zhuǎn)輪葉片間充滿了多個漩渦,阻礙了葉輪的運動,造成轉(zhuǎn)輪不能在更高的轉(zhuǎn)速下維持小流量狀態(tài)的運行,在最優(yōu)開度特性曲線上表現(xiàn)為在轉(zhuǎn)折點開始發(fā)生S形的彎折。不同步導(dǎo)葉(MGV)能有效改善水泵水輪機(jī)的S特性,本文對比分析了有/無MGV時有/無S曲線的內(nèi)流變化規(guī)律。選取兩條小導(dǎo)葉開度線,MGV的同步導(dǎo)葉開度與其一相同,MGV整體開度與另一小導(dǎo)葉開度相同。對三條線上相似位置的6個極偏工況點進(jìn)行非定常計算,分別為”拐點”、小流量點和反水泵工況點。計算發(fā)現(xiàn)小開度時內(nèi)部流動較最優(yōu)開度時復(fù)雜得多,流道內(nèi)有明顯渦流,導(dǎo)葉與轉(zhuǎn)輪入口的來流角更大;采用MGV后,特性曲線的S形現(xiàn)象得到明顯改善,在應(yīng)發(fā)生轉(zhuǎn)折的“拐點”工況,導(dǎo)葉間的漩渦流得到增強(qiáng),無葉區(qū)內(nèi)的高速環(huán)流在不同步導(dǎo)葉附近被局部破壞,使進(jìn)入轉(zhuǎn)輪內(nèi)的水流增多,轉(zhuǎn)輪內(nèi)的渦流得到改善,提高了轉(zhuǎn)輪在“拐點”工況的轉(zhuǎn)速。且在小流量和反水泵工況也能大范圍地破壞無葉區(qū)內(nèi)的封閉環(huán)流,水流能夠沖擊轉(zhuǎn)輪做功,維持轉(zhuǎn)輪在該小流量工況下的高速運動。在特性曲線上表現(xiàn)為單位轉(zhuǎn)速在拐點和小流量點均有明顯的增大,且隨著流量的減小,增加的趨勢更明顯,從而改善了S特性。
【關(guān)鍵詞】：水泵水輪機(jī) S特性 不同步導(dǎo)葉 水動力學(xué) 數(shù)值模擬
【學(xué)位授予單位】：清華大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TK733.1
【目錄】：

• 摘要3-4
• abstract4-9
• 第1章 前言9-14
• 1.1 研究意義9-10
• 1.2 國內(nèi)外研究動態(tài)10-12
• 1.2.1 水泵水輪機(jī)S特性流動機(jī)理研究10-11
• 1.2.2 改善水泵水輪機(jī)S形特性方面研究11-12
• 1.3 本課題研究內(nèi)容12-14
• 1.3.1 最優(yōu)開度線S區(qū)的水動力特性分析13
• 1.3.2 小導(dǎo)葉開度線S區(qū)的水動力特性分析13-14
• 第2章 水泵水輪機(jī)物理模型與數(shù)值方法14-26
• 2.1 混流式水泵水輪機(jī)及其模型試驗14-16
• 2.2 特性曲線的拐點16-19
• 2.3 網(wǎng)格無關(guān)性檢查19-22
• 2.4 數(shù)值計算設(shè)置22-25
• 2.5 本章小結(jié)25-26
• 第3章 最優(yōu)開度S區(qū)水動力特性分析26-46
• 3.1 計算工況選取26-27
• 3.2 外特性參數(shù)的結(jié)果比較27-28
• 3.3 S區(qū)工況的定常結(jié)果分析28-34
• 3.3.1 流動特性分析28-32
• 3.3.2 流場的定量分析32-34
• 3.4 S區(qū)工況的非定常結(jié)果分析34-42
• 3.4.1 流動特性分析34-38
• 3.4.2 壓力脈動特性分析38-42
• 3.5 最優(yōu)開度線S區(qū)形成原因分析42-44
• 3.6 本章小結(jié)44-46
• 第4章 小導(dǎo)葉開度S區(qū)水動力特性分析46-78
• 4.1 計算工況選取46-48
• 4.2 模型試驗與計算結(jié)果比較48-52
• 4.2.1 定常計算結(jié)果比較48-49
• 4.2.2 非定常計算結(jié)果比較49-52
• 4.3 定常計算結(jié)果分析52-61
• 4.3.1 拐點工況流動特性分析52-54
• 4.3.2 小流量工況流動特性分析54-56
• 4.3.3 反水泵工況流動特性分析56-57
• 4.3.4 流場的定量分析57-61
• 4.4 非定常結(jié)果分析61-73
• 4.4.1 流動特性分析61-66
• 4.4.2 壓力脈動特性分析66-73
• 4.5 S特性區(qū)改善前后的內(nèi)流機(jī)理分析73-76
• 4.6 本章小結(jié)76-78
• 第5章 結(jié)論與展望78-80
• 5.1 結(jié)論78-79
• 5.2 展望79-80
• 參考文獻(xiàn)80-84
• 致謝84-86
• 個人簡歷、在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果86-87

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本文編號：1125525