本文選題：低比轉(zhuǎn)速水泵水輪機(jī) + 駝峰特性　； 參考：《清華大學(xué)》2016年博士論文

【摘要】：高水頭水泵水輪機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行是極其重要的,在水泵工況中的運(yùn)行不穩(wěn)定主要表現(xiàn)為駝峰特性。本文采用模型試驗(yàn)、數(shù)值模擬和理論分析相結(jié)合的手段對水泵水輪機(jī)的駝峰特性及其影響因素進(jìn)行了研究,模型試驗(yàn)主要采用等比例縮尺的模型水泵水輪機(jī)為研究對象,利用葉輪進(jìn)口的高速攝像觀測空化形態(tài)及演變規(guī)律;數(shù)值計(jì)算采用2?-f湍流模型對不同工況點(diǎn)進(jìn)行模擬以分析駝峰發(fā)生前后的內(nèi)部流場,并基于二維簡化模型的模擬總結(jié)旋轉(zhuǎn)失速產(chǎn)生的原因并總結(jié)了旋轉(zhuǎn)失速頻率與導(dǎo)葉開度的經(jīng)驗(yàn)公式;理論分析基于湍動能產(chǎn)生項(xiàng)的展開形式,對活動導(dǎo)葉內(nèi)不同湍動能產(chǎn)生項(xiàng)的分布進(jìn)行分析,總結(jié)駝峰發(fā)生時流動的主要不穩(wěn)定特點(diǎn)。通過試驗(yàn)和計(jì)算分析可以發(fā)現(xiàn),當(dāng)駝峰發(fā)生時,主要觀測到的現(xiàn)象為導(dǎo)葉區(qū)域出現(xiàn)的旋轉(zhuǎn)失速,其特征為較低的旋轉(zhuǎn)頻率,在大開度下,此頻率約為0.32倍的轉(zhuǎn)頻,隨著開度的降低,該頻率逐漸降低,在最小開度下,該頻率降為0.066倍的轉(zhuǎn)頻;失速核在圓周上的個數(shù)隨著導(dǎo)葉開度降低而減少。通過二維計(jì)算結(jié)果發(fā)現(xiàn),旋轉(zhuǎn)失速發(fā)生的原因是由于當(dāng)前流道內(nèi)的橫向速度造成下一個流道內(nèi)的壓力降低,當(dāng)導(dǎo)葉開度降低時,“旋轉(zhuǎn)”所需要的橫向速度增大,因此旋轉(zhuǎn)失速頻率降低,該頻率與導(dǎo)葉開度的正弦值成正比關(guān)系。通過數(shù)值計(jì)算,還分析了壓力脈動在機(jī)組內(nèi)不同位置的分布規(guī)律。試驗(yàn)和計(jì)算結(jié)果表明,空化對駝峰特性的影響隨著導(dǎo)葉開度的變化而變化,在大開度下,葉輪進(jìn)口壓力面的空化主要對駝峰起到削弱作用;在中等開度下,進(jìn)口吸力面的片狀空化對駝峰特性基本沒有影響;而在小開度下,進(jìn)口吸力面的脫流空化主要使駝峰特性提前發(fā)生,空化對外特性的影響主要取決于空化發(fā)生的區(qū)域和形態(tài)。通過分析不同湍動能生成項(xiàng)的分布規(guī)律,總結(jié)了駝峰發(fā)生時旋轉(zhuǎn)失速對流動產(chǎn)生的影響,主要是造成反向速度也即回流,其次是造成較大速度梯度,再次是使局部速度增加,當(dāng)駝峰發(fā)生時,導(dǎo)葉區(qū)流動的三維特性也明顯提升。綜上所述,本文對水泵水輪機(jī)的駝峰特性產(chǎn)生和發(fā)展過程中的穩(wěn)定性進(jìn)行了研究,并對其影響因素進(jìn)行了分析,為運(yùn)行過程中減小駝峰對機(jī)組的影響提供了參考依據(jù)。
[Abstract]:The stable operation of high head pump turbine is very important.In this paper, the hump characteristics of pump turbine and its influencing factors are studied by means of model test, numerical simulation and theoretical analysis.The cavitation morphology and evolution law were observed by using high-speed camera at the inlet of impeller, and the internal flow field before and after hump was analyzed by numerical simulation using 2ka-f turbulence model to simulate different working conditions.Based on the simulation of two-dimensional simplified model, the causes of rotating stall are summarized, and the empirical formulas of rotational stall frequency and guide blade opening are summarized, the theoretical analysis is based on the expansion form of turbulent kinetic energy production term.The distribution of turbulent kinetic energy in the active guide vane is analyzed, and the main unstable characteristics of the flow during the hump are summarized.Through test and calculation analysis, it can be found that when the hump occurs, the main phenomenon observed is the rotating stall in the guide vane area, which is characterized by a lower rotation frequency, which is about 0.32 times of the rotation frequency at large opening.With the decrease of opening, the frequency decreases gradually, at the minimum opening, the frequency decreases by 0.066 times, and the number of stall nuclei on the circumference decreases with the decrease of the opening of the guide vane.The results of two-dimensional calculation show that the reason for the stall is that the pressure in the next channel is reduced due to the transverse velocity in the current channel, and the lateral velocity required for "rotation" increases when the opening of the guide vane decreases.Therefore, the rotational stall frequency is decreased, and the frequency is proportional to the sinusoidal value of the guide vane.The distribution of pressure pulsation in different positions of the unit is also analyzed by numerical calculation.The experimental and calculated results show that the effect of cavitation on hump characteristics changes with the change of guide vane opening, and the cavitation of impeller inlet pressure surface mainly weakens the hump at wide opening, and at medium opening,The flake cavitation of the inlet suction surface has no effect on the hump characteristics basically, but the deswelling cavitation of the inlet suction surface mainly causes the hump characteristics to occur ahead of time, and the external characteristics of cavitation mainly depend on the region and form of cavitation.By analyzing the distribution of different turbulent kinetic energy generation terms, the effect of rotational stall on the flow during hump is summarized, which mainly results in reverse velocity, that is, reflux, followed by large velocity gradient, and local velocity increase.When the hump occurs, the three-dimensional characteristics of the flow in the guide vane area are obviously improved.To sum up, this paper studies the stability of hump characteristics and development of pump turbine, and analyzes the influencing factors, which provides a reference for reducing the hump effect on the unit during operation.
【學(xué)位授予單位】：清華大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TV743;TV734

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 WalterL.Swift;王述羲;;運(yùn)用計(jì)算機(jī)改善水輪機(jī)和水泵水輪機(jī)的設(shè)計(jì)工作[J];大電機(jī);1973年01期

2 陳德新,謝輝;低比速水泵水輪機(jī)“S”特性區(qū)的內(nèi)部流動[J];水利學(xué)報(bào);2001年02期

3 胡旭光;水泵水輪機(jī)不穩(wěn)定性運(yùn)行的初步探討[J];水電站機(jī)電技術(shù);2001年02期

4 何文才;惠州抽水蓄能電站工程水泵水輪機(jī)轉(zhuǎn)速的選擇[J];中國農(nóng)村水利水電;2005年06期

5 何文才;惠州抽水蓄能電站水泵水輪機(jī)轉(zhuǎn)速的選擇[J];廣東水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào);2005年02期

6 陶喜群;;國外公司水泵水輪機(jī)和進(jìn)口閥門結(jié)構(gòu)技術(shù)[J];東方電機(jī);2005年02期

7 何文才;;惠州抽水蓄能電站工程水泵水輪機(jī)轉(zhuǎn)速的選擇[J];廣東水利水電;2008年07期

8 金宗銘;羅遠(yuǎn)紅;李劍云;;惠州抽水蓄能電站水泵水輪機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)[J];東方電機(jī);2009年02期

9 付之躍;劉偉超;鄭津生;胡江藝;唐榮;;東方電機(jī)水泵水輪機(jī)水力開發(fā)的技術(shù)進(jìn)步[J];東方電機(jī);2010年01期

10 熊濤;;宜興抽水蓄能電站水泵水輪機(jī)性能與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)[J];水電站機(jī)電技術(shù);2010年05期

相關(guān)會議論文 前10條

1 金宗銘;羅遠(yuǎn)紅;李劍云;;惠州抽水蓄能電站水泵水輪機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)[A];抽水蓄能電站工程建設(shè)文集（2009）[C];2009年

2 傅之躍;劉偉超;鄭津生;胡江藝;;東方電機(jī)水泵水輪機(jī)水力開發(fā)的技術(shù)進(jìn)步[A];抽水蓄能電站工程建設(shè)文集(2010)[C];2010年

3 熊濤;;宜興抽水蓄能電站水泵水輪機(jī)性能與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)[A];抽水蓄能電站工程建設(shè)文集(2010)[C];2010年

4 王煥茂;吳鋼;吳偉章;魏顯著;陳元林;黎輝;;低比速水泵水輪機(jī)駝峰區(qū)數(shù)值模擬及分析7[A];2009全國大型泵站更新改造研討暨新技術(shù)、新產(chǎn)品交流大會論文集[C];2009年

5 嚴(yán)麗;李成軍;;宜興抽水蓄能電站水泵水輪機(jī)技術(shù)和輔助設(shè)備系統(tǒng)設(shè)計(jì)[A];抽水蓄能電站工程建設(shè)文集（2009）[C];2009年

6 陳順義;李成軍;周杰;沈劍初;邱紹平;鄭應(yīng)霞;;水泵水輪機(jī)穩(wěn)定性預(yù)判和對策[A];抽水蓄能電站工程建設(shè)文集（2011）[C];2011年

7 陳順義;李成軍;周杰;沈劍初;邱紹平;鄭應(yīng)霞;;水泵水輪機(jī)穩(wěn)定性預(yù)判和對策[A];抽水蓄能電站工程建設(shè)文集2011[C];2011年

8 周忠浩;熊建平;;清遠(yuǎn)水泵水輪機(jī)蝸殼水壓試驗(yàn)和保壓澆筑技術(shù)特點(diǎn)[A];第十九次中國水電設(shè)備學(xué)術(shù)討論會論文集[C];2013年

9 鄭建興;張俊芝;曾再祥;曾維才;黃金樹;;黑麋峰水電站水泵水輪機(jī)模型驗(yàn)收試驗(yàn)及主要性能分析[A];水電設(shè)備的研究與實(shí)踐——第十七次中國水電設(shè)備學(xué)術(shù)討論會論文集[C];2009年

10 王泉龍;;抽水蓄能電站水泵水輪機(jī)設(shè)計(jì)淺析[A];抽水蓄能電站工程建設(shè)文集(2010)[C];2010年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前5條

1 楊桀彬;基于空間曲面的水泵水輪機(jī)全特性及過渡過程的研究[D];武漢大學(xué);2014年

2 孫躍昆;低比轉(zhuǎn)速水泵水輪機(jī)駝峰穩(wěn)定性及其影響因素研究[D];清華大學(xué);2016年

3 尹俊連;水泵水輪機(jī)“S”區(qū)內(nèi)流機(jī)理及優(yōu)化設(shè)計(jì)研究[D];浙江大學(xué);2012年

4 紀(jì)興英;水泵水輪機(jī)“S”特性預(yù)測方法研究[D];武漢大學(xué);2013年

5 劉錦濤;基于非線性局部時均化模型的水泵水輪機(jī)“S”區(qū)穩(wěn)定性分析[D];浙江大學(xué);2013年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 朱偉;水泵水輪機(jī)S特性形成機(jī)理的水動力學(xué)分析[D];清華大學(xué);2015年

2 姚洋陽;水泵水輪機(jī)泵工況駝峰特性流動機(jī)理數(shù)值研究[D];清華大學(xué);2015年

3 李威;水泵水輪機(jī)“S”區(qū)的瞬態(tài)特性研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2016年

4 陸杰;水泵水輪機(jī)“S”形區(qū)內(nèi)流特性研究[D];武漢大學(xué);2017年

5 何曉林;水泵水輪機(jī)內(nèi)部流動及水力特性[D];華南理工大學(xué);2012年

6 舒]峰;水泵水輪機(jī)駝峰區(qū)與“S”區(qū)數(shù)值模擬研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2013年

7 劉星星;水泵水輪機(jī)過渡過程半實(shí)物仿真平臺的軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D];華中科技大學(xué);2013年

8 王煥茂;混流式水泵水輪機(jī)駝峰區(qū)數(shù)值模擬及試驗(yàn)研究[D];華中科技大學(xué);2009年

9 楊欣;水泵水輪機(jī)全特性空間曲面描述與水力過渡過程調(diào)節(jié)控制研究[D];華中科技大學(xué);2012年

10 高敏;抽水蓄能電站水泵水輪機(jī)工作參數(shù)的選擇研究[D];西北農(nóng)林科技大學(xué);2005年

，

本文編號：1756252