本文關(guān)鍵詞：水泵水輪機多工況條件下壓力脈動研究

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【摘要】：當前,我國電力系統(tǒng)正向大機組、大電網(wǎng)的方向發(fā)展,為了保障電網(wǎng)的安全、經(jīng)濟運行,就必須提高整個電力系統(tǒng)的調(diào)節(jié)能力,同時,電網(wǎng)中也需要有相當比例的儲能設(shè)備來改善各種類型電站運行條件或者提高其供電質(zhì)量。在此背景下,抽水蓄能電站技術(shù)作為目前世界上最為成熟的大規(guī)模儲能技術(shù)被廣泛應用。目前,我國已經(jīng)成為抽水蓄能工程建設(shè)最為迅速的國家。抽水蓄能電站的核心設(shè)備——水泵水輪機目前正朝著高水頭、大容量方向發(fā)展,其穩(wěn)定性問題一直為研究者所重視。由于水泵水輪機在設(shè)計過程中,相比傳統(tǒng)的泵或者水輪機,需要兼顧兩者的性能,其穩(wěn)定性問題就更為突出。本文針對某型高水頭水泵水輪機在多個代表性工況下的壓力脈動問題,采用數(shù)值計算和模型機試驗相結(jié)合的方法進行了研究。本文所做的主要工作如下：(1)建立水泵水輪機模型機的全三維模型,對其水輪機工況和水泵工況下的多個工況點進行非穩(wěn)態(tài)計算,提取壓力脈動值,并通過和模型機試驗結(jié)果進行對比,驗證了計算方案的可靠性。(2)在水泵水輪機模型機的無葉區(qū)和導葉區(qū)設(shè)置監(jiān)測點,針對水輪機工況不同開度條件下的壓力脈動進行分析。包括了無葉區(qū)壓力脈動沿圓周方向的變化,壓力脈動沿導葉流道的發(fā)展變化,不同導葉條件下脈動特性的對比等等。進一步地,對不同開度下非穩(wěn)態(tài)的內(nèi)流場進行分析,包括速度場、壓力場和湍動能分布。并對隨著時間變化的內(nèi)流場演化過程進行了揭示。而后,考慮到水泵水輪機能夠在水泵和水輪機兩種工況下進行運行的特點,對比分析了一個水泵工況下的壓力脈動特點。(3)為了研究非同步導葉對水泵水輪機壓力脈動特征的影響,文中設(shè)置了一個同步導葉工況和一個非同步導葉工況進行對比研究,分析了兩種條件下,壓力脈動的分布和傳播特性。重點考察了預開啟導葉附近區(qū)域的壓力脈動特性變化,并研究了非同步導葉條件下內(nèi)流場隨時間的變化。(4)傳統(tǒng)水泵水輪機壓力脈動數(shù)值計算中,一般僅針對水泵水輪機本身,對其管路系統(tǒng)不加考慮,水泵水輪機三維數(shù)值計算的邊界條件是事先設(shè)定的,不能真實反應其邊界條件的變化。因此,本文嘗試利用一維特征線法,基于Fluent中的用戶自定義函數(shù),采用C語言自主編程的方法把抽水蓄能電站的管路計算嵌入到三維計算過程中。然后針對該水泵水輪機的真機,在考慮管路的情況下進行非穩(wěn)態(tài)計算,得到了真機條件下的壓力脈動特性,并和模型機的計算結(jié)果進行了比較。
【關(guān)鍵詞】：水泵水輪機 無葉區(qū) 壓力脈動 CFD 特征線法
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TK730.1
【目錄】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-12
• 1 緒論12-21
• 1.1 研究的背景和意義12-13
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-20
• 1.2.1 水泵水輪機壓力脈動研究現(xiàn)狀13-16
• 1.2.2 水力機械及其系統(tǒng)數(shù)值計算技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀16-20
• 1.3 本文的主要研究內(nèi)容20-21
• 2 三維數(shù)值計算設(shè)置與驗證21-29
• 2.1 水力模型21-22
• 2.2 網(wǎng)格設(shè)置22-25
• 2.3 控制方程及計算設(shè)置25-26
• 2.4 模型試驗及數(shù)值計算驗證26-27
• 2.5 本章小結(jié)27-29
• 3 水輪機工況和水泵工況下模型機壓力脈動分析29-52
• 3.1 水輪機工況下無葉區(qū)壓力脈動周向傳播分析29-34
• 3.1.1 監(jiān)測點布置29
• 3.1.2 壓力脈動的時域分析29-31
• 3.1.3 壓力脈動的頻域分析31-34
• 3.2 水輪機工況下壓力脈動沿導葉流道的傳播分析34-36
• 3.2.1 監(jiān)測點布置34-35
• 3.2.2 導葉流道內(nèi)壓力脈動的頻域分析35-36
• 3.3 水輪機工況下內(nèi)流場分析36-46
• 3.3.1 導葉和轉(zhuǎn)輪內(nèi)流分析36-39
• 3.3.2 尾水管內(nèi)流分析39-40
• 3.3.3 內(nèi)流場隨時間的變化40-42
• 3.3.4 湍動能的分布研究42-46
• 3.4 水泵工況下的壓力脈動分析46-51
• 3.4.1 水泵工況下無葉區(qū)壓力脈動周向傳播分析46-48
• 3.4.2 水泵工況下壓力脈動沿導葉流道的傳播分析48-49
• 3.4.3 水泵工況下湍動能的分布研究49-51
• 3.5 本章小結(jié)51-52
• 4 非同步導葉條件下的壓力脈動分析52-60
• 4.1 預開啟導葉的分布與測點設(shè)置52-53
• 4.2 非同步導葉條件下壓力脈動特性53-55
• 4.3 非同步導葉條件下內(nèi)流分析55-59
• 4.3.1 非同步導葉條件下壓力分布隨時間的變化55-57
• 4.3.2 非同步導葉條件下湍動能分布隨時間的變化57-59
• 4.4 本章小結(jié)59-60
• 5 考慮管路的真機壓力脈動分析60-71
• 5.1 考慮管路的真機數(shù)值計算原理60-65
• 5.2 考慮管路的真機數(shù)值計算的實現(xiàn)65-70
• 5.2.1 管路參數(shù)65
• 5.2.2 考慮管路的真機穩(wěn)態(tài)計算65-67
• 5.2.3 考慮管路的真機壓力脈動計算67-70
• 5.3 本章小結(jié)70-71
• 6 總結(jié)與展望71-73
• 6.1 總結(jié)71-72
• 6.2 展望72-73
• 參考文獻73-83
• 致謝83-84
• 作者簡介84

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本文編號：893905