本文選題：水泵水輪機 + 甩負荷過程　； 參考：《哈爾濱工業(yè)大學》2017年碩士論文

【摘要】：抽水蓄能發(fā)電機組在實際運行過程中工況轉換頻繁,并且往往伴隨著嚴重的不穩(wěn)定性問題。但目前對甩負荷過程瞬變流動的三維研究卻相對較少。本文通過三維湍流數值模擬的方法對水泵水輪機的甩負荷過渡過程進行了研究。為了反映甩負荷過程水泵水輪機內部瞬變流動的非定常特性,在FLUENT數值模擬中通過用戶自定義函數(UDF)來給定隨時間變化的壓力進出口邊界條件,根據轉子動力學角動量平衡方程結合內流場迭代計算甩負荷過程中變化的機組轉速,運用動網格方法模擬甩負荷后活動導葉的動態(tài)關閉過程。按以上邊界條件設置對考慮轉輪間隙流動和不考慮轉輪間隙流動的水泵水輪機甩負荷過程分別進行了模擬。根據不考慮轉輪間隙流動的甩負荷過程數值計算結果,采用對比分析和時頻聯合分析(如短時傅里葉變換STFT)以及內流場分析相結合的方法分析了甩負荷過程水泵水輪機的外特性和壓力脈動的動態(tài)不穩(wěn)定性及其內流機理;根據考慮轉輪間隙流動的甩負荷過程數值計算結果,基于熵產理論結合內流場采用對比分析的方法分析了甩負荷后水泵水輪機內的能量轉換過程和損失分布及其流動機理。研究結果表明,采用三維湍流數值模擬的方法能夠較為準確的模擬水泵水輪機的甩負荷過渡過程,并且在實際流場計算時應該考慮轉輪與頂蓋及底環(huán)之間的間隙流動的影響;甩負荷過程中水泵水輪機的外特性具有動態(tài)不穩(wěn)定性,造成這種外特性動態(tài)不穩(wěn)定的直接原因是水泵水輪機內劇烈的壓力脈動,而造成上述外特性和壓力脈動動態(tài)不穩(wěn)定的根源是甩負荷后水泵水輪機無葉區(qū)和尾水管中的復雜的旋渦流動;從能量的角度講,水泵水輪機的甩負荷過程就是一個來自水流的能量在水泵水輪機內的各種能量形式之間相互轉換,最終趨于穩(wěn)定的能量耗散過程。在甩負荷后的飛逸過程和進入反水泵工況之前的制動過程中,水泵水輪機內的能量損失主要分布在尾水管彎肘段和無葉區(qū)及轉輪中。在甩負荷后的反水泵運行過程中上述能量損失主要分布在雙列葉柵(活動導葉和固定導葉)和轉輪中。造成甩負荷后水泵水輪機內能量損失的根源同樣是水泵水輪機內相應位置處的旋渦流動。
[Abstract]:In the actual operation of pumped storage generator sets, the switching of working conditions is frequent, and often accompanied by serious instability problems.However, the three-dimensional research on transient flow during load rejection is relatively rare.In this paper, a three-dimensional turbulent numerical simulation method is used to study the load-rejection transition process of a pump turbine.In order to reflect the unsteady characteristics of transient flow in pump turbine during load rejection, the pressure inlet and outlet boundary conditions with time change are given by user defined function in FLUENT numerical simulation.According to the angular momentum balance equation of rotor dynamics and the iterative calculation of the internal flow field, the dynamic closing process of the guide vane after load rejection is simulated by using the dynamic grid method.According to the above boundary conditions, the load rejection process of the pump turbine considering the clearance flow of the runner and the flow without the clearance of the runner is simulated respectively.According to the numerical results of the load rejection process without considering the clearance flow of the runner,The external characteristics of pump turbine, the dynamic instability of pressure pulsation and the internal flow mechanism of pump turbine during load rejection are analyzed by means of comparative analysis and time-frequency combined analysis (such as STFTFT) and internal flow field analysis.Based on the numerical results of the load rejection process considering the clearance flow of the runner, the energy conversion process, the loss distribution and the flow mechanism of the pump turbine after load rejection are analyzed based on the entropy production theory and the internal flow field.The results show that the 3-D turbulent numerical simulation method can accurately simulate the load rejection transition process of the pump turbine, and the effect of the gap flow between the runner, the top cover and the bottom ring should be taken into account in the actual flow field calculation.In the process of load rejection, the external characteristics of the pump turbine have dynamic instability. The direct cause of this dynamic instability is the violent pressure pulsation in the pump turbine.The dynamic instability of the external characteristics and pressure pulsation is caused by the complex vortex flow in the vaneless zone and draft tube of the pump turbine after load rejection.The load rejection process of the pump turbine is a process of energy dissipation from the water flow to each other among the various energy forms in the pump turbine, and eventually tends to stabilize the energy dissipation process.During the flight escape process after load rejection and the braking process before entering the reverse pump condition, the energy loss in the pump turbine is mainly distributed in the elbow section of the draft tube, the vaneless zone and the runner.During the operation of the reverse pump after load rejection, the energy loss is mainly distributed in the double-row cascade (movable guide vane and fixed guide vane) and the runner.The source of energy loss in the pump turbine after load rejection is also the vortex flow at the corresponding position in the pump turbine.
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TV743;TV734

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本文編號：1731481