【摘要】：雙向貫流式水泵水輪機(jī)是潮汐電站中使用的一種水輪機(jī),受潮位漲落影響,其工作水頭呈周期性正負(fù)交替變化,因此機(jī)組不僅有水輪機(jī)發(fā)電工況,還包括正反向的水泵抽水工況。國內(nèi)外關(guān)于此類貫流式機(jī)組的研究多集中于發(fā)電工況,對于其水泵工況的運行特性則鮮有涉及。本文對某帶有雙側(cè)導(dǎo)葉設(shè)計的新型貫流式水泵水輪機(jī)進(jìn)行了水泵工況的性能預(yù)估,并通過對轉(zhuǎn)輪葉片的改型和調(diào)整后置導(dǎo)葉的設(shè)計位置提高水泵的水力性能,為大型潮汐機(jī)組的多工況運行研究積累了技術(shù)經(jīng)驗。首先完成的是該新型貫流式機(jī)組正反向水泵工況的性能預(yù)估,由于轉(zhuǎn)輪兩側(cè)均設(shè)置有活動導(dǎo)葉,因此在滿足一定揚(yáng)程設(shè)計要求的條件下分別進(jìn)行了定槳變前后置導(dǎo)葉開度的工況計算,確定最佳開度條件后通過變槳變轉(zhuǎn)速方式完成了正反向水泵的全覆蓋式工況計算,并根據(jù)機(jī)組雙向水泵工況的模型綜合特性曲線確定最優(yōu)工況運行時各個過流部件之間的協(xié)聯(lián)匹配關(guān)系。第二,機(jī)組作正向水泵運行時,最優(yōu)工況點效率只有58.07%,遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于反向水泵的83.83%。本文應(yīng)用非對稱S翼型設(shè)計理念對葉片幾何結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改型設(shè)計,計算結(jié)果表明,正向水泵工況運行條件下S葉片的翼型動力特性明顯優(yōu)于原型葉片,沖角降低大大減少了葉片頭部的撞擊損失,葉片抗空化性能也有所提高;而機(jī)組反向水泵工況的運行效率略有下降,但同時葉片頭部厚度和安放角調(diào)整則近乎消除了出水邊由于排擠作用導(dǎo)致的流速降低和旋渦現(xiàn)象。從整機(jī)外特性上看,無論是水輪機(jī)發(fā)電工況還是水泵抽水工況,應(yīng)用S葉片設(shè)計的轉(zhuǎn)輪在正反向均能保持較高的運行效率。最后針對機(jī)組的正向水泵運行工況,對比分析了不同后置導(dǎo)葉設(shè)計位置對機(jī)組運行性能的影響。發(fā)現(xiàn)當(dāng)后置導(dǎo)葉與轉(zhuǎn)輪中心的距離為1.0D時機(jī)組運行效率最高,且后置導(dǎo)葉段的整流能力和壓能恢復(fù)程度也最好。
【圖文】：

可達(dá)到良好的水力性能。安裝于潮汐電站上可以實習(xí)正反向發(fā)電、正水六種工況的穩(wěn)定運行，在開發(fā)潮汐資源、提高單機(jī)容量方面有著不利電力部富春江水工機(jī)械廠承擔(dān)的國家 六五 科技攻關(guān)項目— 江 三期工程于 2005 年列入國家 863 計劃，其主要特點就是采用以管懸臂結(jié)構(gòu)，完成了六工況水輪發(fā)電機(jī)組的研制和安裝[5]，于 2007 年，在機(jī)組轉(zhuǎn)輪性能、水輪機(jī)性能、水泵工況、自動監(jiān)控、材料結(jié)構(gòu)應(yīng)大成果。流式水泵水輪機(jī) CFD 技術(shù)應(yīng)用能齊全的大型貫流式潮汐機(jī)組運行過程中，由于海水位漲落潮其工作機(jī)組需要經(jīng)歷正反向的發(fā)電、泄水、抽水六種運行方式，此外還包括開停機(jī)、飛逸工況、甩負(fù)荷工況等運行過程，機(jī)組運行具有頻繁的工荷調(diào)節(jié)的特點(圖 1-1)，流道內(nèi)屬于三維不穩(wěn)定的非定常流動，流動，如果對貫流式機(jī)組進(jìn)行實驗研究，條件要求會過于苛刻，，難以進(jìn)行。

圖 2-3 網(wǎng)格劃分技術(shù)分類Fig.2-3 Meshing Technology Classification 結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格構(gòu)網(wǎng)格劃分方法對計算機(jī)硬件要求相對較低，而且網(wǎng)格生成速度快，質(zhì)量高最廣泛的網(wǎng)格劃分方法。結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的優(yōu)點是節(jié)點與相鄰點之間的關(guān)系可以根則自動獲得，但該網(wǎng)格劃分只適用于形狀規(guī)則的結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)網(wǎng)格主要分為傳卡爾坐標(biāo)法、自適應(yīng)坐標(biāo)法(擬合坐標(biāo)、BFC)和塊結(jié)構(gòu)網(wǎng)格。結(jié)構(gòu)網(wǎng)格也稱為復(fù)合網(wǎng)格，是解決不規(guī)則區(qū)域流動問題的重要網(wǎng)格劃分方流體力學(xué) CFD 中。根據(jù)研究對象的實際情況，將整個求解區(qū)域劃分為幾個區(qū)域與傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)網(wǎng)格離散，每個區(qū)域的離散方程分別求解。該方法首先將為不同的拓?fù)鋮^(qū)域，然后可以針對不同區(qū)域選擇不同的網(wǎng)格密度，有效降低難度，而且便于并行算法在每個塊中求解代數(shù)方程。如何準(zhǔn)確有效地在不同量信息是塊結(jié)構(gòu)網(wǎng)格劃分的關(guān)鍵。 非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格
【學(xué)位授予單位】：西安理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TV734.1

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2664132