混流式水泵水輪機的穩(wěn)定性對機組并網(wǎng)的安全性具有關(guān)鍵影響,轉(zhuǎn)輪內(nèi)的流態(tài)特性是分析水泵水輪機穩(wěn)定性的重要依據(jù)。該文對轉(zhuǎn)輪內(nèi)流態(tài)特性進行了研究,首先,建立流動可視化PIV實驗?zāi)Ｐ?利用相關(guān)法,根據(jù)采集的粒子圖像的分辨率,確定相關(guān)域和搜索域;在實驗用的模型水泵水輪機的特性曲線上選取12個典型工況點,分析其參數(shù);利用PIV方法,得到各工況下轉(zhuǎn)輪中的流態(tài);最后,分析轉(zhuǎn)輪葉片進口沖角和導(dǎo)葉開度對轉(zhuǎn)輪內(nèi)流態(tài)的影響,進一步明確了混流式水泵水輪機內(nèi)部流態(tài)與運行工況之間的關(guān)系。 

【文章來源】：水動力學(xué)研究與進展（A輯）. 2019,34(06)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

水泵水輪機特性曲線Fig.3Pump-TurbineCharacteristicCurve

?主要應(yīng)用在較小的模型實驗臺上。文獻[20]的實驗臺可高速攝像流場觀測及活動導(dǎo)葉局部區(qū)域PIV，也可用來對非穩(wěn)定流場比如水泵水輪機S特性區(qū)旋轉(zhuǎn)失速等進行定性研究，從試驗角度驗證旋轉(zhuǎn)失速的存在和演化規(guī)律；文獻[21]利用的PIV實驗臺是局部透明的，可以進行混流式水輪機內(nèi)部流場PIV測量；文獻[22]將閃頻儀和內(nèi)窺鏡直接應(yīng)用在模型實驗臺上，主要用來觀測空化流動特征。1實驗裝置與方法1.1實驗裝置搭建了水泵水輪機內(nèi)部流動可視化PIV實驗?zāi)Ｐ停鐖D1所示。圖1水泵水輪機可視化實驗?zāi)Ｐ虵ig.1Pump-TurbineVisualExperimentModel實驗?zāi)Ｐ偷闹黧w部分—轉(zhuǎn)輪、導(dǎo)葉和尾水管均用透明有機玻璃制成，模型轉(zhuǎn)輪直徑為198mm，具有8個葉片，葉片的進口角均為70o，運用流動可視化方法可獲得流體在其中的流動圖像，利用PIV技術(shù)進行流場分析，獲得流場運動規(guī)律。該模型即可作水輪機工況運行，也可作水泵工況運行。光源系統(tǒng)采用大功率氬離子激光器，型號為A-238，功率為5W，產(chǎn)生連續(xù)光束和片光，光束直徑為1.4mm。圖像采集系統(tǒng)為，將攝像機固定在轉(zhuǎn)輪軸上，使其與轉(zhuǎn)輪同步旋轉(zhuǎn)，通過圖像采集卡將圖像采集到計算機緩存。本裝置一次最多可連續(xù)采集到31幀圖像，如果一次不需要采集連續(xù)那么多幀圖像，也可根據(jù)需要減少一次連續(xù)采集到的圖像的幀數(shù)。軟件系統(tǒng)包括圖像采集模塊、數(shù)字圖像處理模塊和PIV計算模塊等。綜合考慮PIV測量系統(tǒng)對示蹤粒子的要求，本研究選用鋁粉作為示蹤粒子。因考慮到本水泵水輪機流動可視化模型比較小，而且是閉式實驗系統(tǒng)，因此，示蹤粒子的施

魘剿?盟?只??幟諏魈?匭匝芯?723工況點1-2-3-4的開度相同，均為15.00,工況點5-6-7-8的開度相同，均為7.60,工況點9-10-11-12的開度相同，均為3.30。三組工況點分別對應(yīng)導(dǎo)葉開度相同而單位轉(zhuǎn)速不同的運行工況。四組工況點1-5-9、2-6-10、3-7-11和4-8-12分別對應(yīng)單位轉(zhuǎn)速基本相同而導(dǎo)葉開度不同的運行工況。3轉(zhuǎn)輪內(nèi)流態(tài)特性與運行工況的關(guān)系由PIV方法所得到的各工況下轉(zhuǎn)輪中的流態(tài)如圖4所示。比較各工況下的翼間速度矢量圖可以看出下述特點：①轉(zhuǎn)輪葉片進口沖角對流態(tài)的影響圖4中標號為1-2-3-4,5-6-7-8和9-10-11-12的三組速度矢量圖分別對應(yīng)于導(dǎo)葉開度相同而單位轉(zhuǎn)速不同的運行工況。在導(dǎo)葉等開度下，當水輪機的單位轉(zhuǎn)速由小到大變化時，葉片的進口沖角按“+”、“0”和“-”的順序改變。從圖4中可以看出，雖然各工況下翼間流場均有脫流或旋渦發(fā)生，但其范圍與位置因工況而已。在進口為正沖角時，沖角越大，則脫流與旋渦的位置越接近葉片進口。在進口為負沖角時，沖角越大則脫流與旋渦的位置越接近葉片出口。另外還可以看出，在12個工況下，設(shè)計工況附近的工況3翼間流動最佳。②導(dǎo)葉開度對轉(zhuǎn)輪流態(tài)的影響圖4中標號為1-5-9，2-6-10，3-7-11和4-8-12的四組速度矢量圖分別對應(yīng)于水泵水輪機特性曲線上單位轉(zhuǎn)速基本相同而導(dǎo)葉開度改變時的工況，對于實際電站來說則對應(yīng)于水頭一定而變負荷運行的情況。比較各組速度矢量圖可以看出，隨著導(dǎo)葉開度的

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本文編號：3242071