近年來,大量的潮汐能、太陽能、風(fēng)能等新能源投入到了電力系統(tǒng)中,使得電力系統(tǒng)穩(wěn)定性要求變得更加嚴(yán)格。抽水蓄能機(jī)組在電力系統(tǒng)中承擔(dān)著削峰填谷、改善電能質(zhì)量的作用,其穩(wěn)定性和安全性也變得更為重要。水泵水輪機(jī)在水泵小流量工況下存在的駝峰特性是阻礙機(jī)組正常運(yùn)行的不穩(wěn)定特性之一,對(duì)其進(jìn)行研究可以為水泵水輪機(jī)的穩(wěn)定性運(yùn)行提供依據(jù)。為揭示水泵水輪機(jī)在駝峰區(qū)工況下,機(jī)組內(nèi)部流動(dòng)特性、外特性規(guī)律以及兩者之間的聯(lián)系,本文以某抽水蓄能電站模型水泵水輪機(jī)為研究對(duì)象,采用SST k-ω湍流模型對(duì)其在活動(dòng)導(dǎo)葉開度為14°下展開三維全流道非定常數(shù)值模擬。主要研究?jī)?nèi)容和所得結(jié)論如下:（1）對(duì)水泵工況下機(jī)組各過流部件的內(nèi)部流動(dòng)進(jìn)行了分析,探討了駝峰區(qū)工況下,機(jī)組的內(nèi)部流動(dòng)特性。結(jié)果表明,駝峰區(qū)工況下,轉(zhuǎn)輪出口周向上分布著三組兩兩相隔120°的高速區(qū),這是由切向速度的不均勻分布引起。串聯(lián)級(jí)聯(lián)流道周向也存在三組兩兩相隔120°失速流道,且此失速流道中均充斥著流動(dòng)分離、漩渦或回流等不良流動(dòng)。因此,此機(jī)組駝峰特性與轉(zhuǎn)輪出口不均勻分布以及串聯(lián)級(jí)聯(lián)流道的失速現(xiàn)象有關(guān)。（2）基于壓力標(biāo)準(zhǔn)差、壓力峰峰值及快速傅里葉變換等分析方法,對(duì)不同... 

【文章來源】：西安理工大學(xué)陜西省

【文章頁數(shù)】：94 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

研究路線流程圖

2數(shù)值計(jì)算方法及前處理設(shè)置92數(shù)值計(jì)算方法及前處理設(shè)置2.1模型的建立計(jì)算以某抽蓄電站模型水泵水輪機(jī)的幾何和物理模型為對(duì)象，其三維全流道幾何模型如圖2-1所示，該模型有五個(gè)過流部件，分別為轉(zhuǎn)輪、尾水管、蝸殼、活動(dòng)導(dǎo)葉及固定導(dǎo)葉。利用三維建模軟件UG建立該水泵水輪機(jī)的實(shí)體模型。當(dāng)水泵水輪機(jī)作為水泵模式運(yùn)行時(shí)，流體以尾水管為進(jìn)口流入，以蝸殼為出口流出。該模型的幾何參數(shù)分別為：轉(zhuǎn)輪進(jìn)口直徑D1=553mm，轉(zhuǎn)輪出口直徑D2=251.98mm（水輪機(jī)工況），轉(zhuǎn)輪葉片數(shù)Zb=9，導(dǎo)葉高度b0=37.76mm，其中，固定導(dǎo)葉數(shù)Zc=20，活動(dòng)導(dǎo)葉數(shù)Z0=20。此外，該水泵水輪機(jī)的額定轉(zhuǎn)速為1150r/min，計(jì)算所用的活動(dòng)導(dǎo)葉開度α=14°。圖2-1水泵水輪機(jī)幾何模型Fig.2-1Geometricmodelofapump-turbine2.2計(jì)算域網(wǎng)格劃分及其無關(guān)性驗(yàn)證2.2.1網(wǎng)格劃分利用專業(yè)網(wǎng)格生成軟件ICEM劃分該模型的計(jì)算流體域網(wǎng)格，各個(gè)過流部件均使用六面體結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，如圖2-2所示。在劃分網(wǎng)格時(shí)，對(duì)各過流部件靠近壁面的邊界層網(wǎng)格進(jìn)行局部加密，使其可以更有效地捕捉近壁面處邊界層的流動(dòng)狀態(tài)。同時(shí)，以網(wǎng)格質(zhì)量不小于0.3，角度不小于18°的標(biāo)準(zhǔn)來控制網(wǎng)格質(zhì)量。2.2.2網(wǎng)格無關(guān)性當(dāng)活動(dòng)導(dǎo)葉開度為14°時(shí)，選擇水泵工況最高效率工況點(diǎn)進(jìn)行定常數(shù)值模擬，逐漸增加網(wǎng)格數(shù)量，并選用揚(yáng)程和扭矩作為評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，從而對(duì)網(wǎng)格進(jìn)行無關(guān)性驗(yàn)證，定常數(shù)值計(jì)算結(jié)果如圖2-3所示�？梢钥闯觯�(dāng)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)數(shù)大于399萬時(shí)，再繼續(xù)增加網(wǎng)格數(shù)，計(jì)算所得的揚(yáng)程和扭矩值差異均不超過1%。精密的網(wǎng)格可以更有效準(zhǔn)確地模擬機(jī)組內(nèi)部實(shí)際流動(dòng)情況，但網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)數(shù)越多，計(jì)算所需的計(jì)算機(jī)資源以及計(jì)算周期要求就越高，因此，本文最終選擇網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)數(shù)為556萬的網(wǎng)格以完成后續(xù)計(jì)算。其中，尾水管，轉(zhuǎn)輪，活?

4壓力脈動(dòng)特性分析29(g)蝸殼出口壓力監(jiān)測(cè)點(diǎn)圖4-1壓力監(jiān)測(cè)點(diǎn)分布圖Fig.4-1Distributionofpressuremonitoringpoints為便于進(jìn)一步地對(duì)壓力脈動(dòng)進(jìn)行分析，引入壓力脈動(dòng)系數(shù)CP對(duì)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的壓力幅值無量綱化，其物理意義為壓力脈動(dòng)對(duì)揚(yáng)程的占比[78]，其表達(dá)式如下：PPPCgH(4-1)式中：P——各工況下，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的瞬時(shí)壓力，Pa；——各工況下，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)某一段時(shí)間內(nèi)的平均壓力值，Pa；H——試驗(yàn)值結(jié)果的效率最高工況點(diǎn)下的揚(yáng)程，m。4.20.57Qb工況壓力脈動(dòng)分析4.2.1尾水管處壓力脈動(dòng)分析為進(jìn)一步探討尾水管出口處的壓力脈動(dòng)特性，本文對(duì)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)壓力脈動(dòng)系數(shù)進(jìn)行快速傅里葉變化（FFT），得到其頻譜圖，如圖4-2所示。布置在尾水管管壁的監(jiān)測(cè)點(diǎn)DT11-DT14處脈動(dòng)幅值最大，其第一主頻2fn；而中間監(jiān)測(cè)點(diǎn)DT21-DT24處壓力脈動(dòng)幅值次之，但此四個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)壓力脈動(dòng)的主頻是9fn，該頻率由尾水管與轉(zhuǎn)輪間的動(dòng)靜干涉引起；第三層監(jiān)測(cè)點(diǎn)DT31-DT34處壓力脈動(dòng)幅值極小，其主頻為0.2fn。通過對(duì)同一平面圓周方向的壓力脈動(dòng)分析可知，尾水管進(jìn)口處壓力脈動(dòng)幅值沿著管壁向內(nèi)側(cè)方向降低，最外層壓力脈動(dòng)主頻為兩倍的轉(zhuǎn)頻2fn；中間層壓力脈動(dòng)主頻為葉片通過頻率9fn；最內(nèi)層壓力脈動(dòng)主頻為0.2fn；但其幅值極校4.2.2轉(zhuǎn)輪處壓力脈動(dòng)分析為了對(duì)比轉(zhuǎn)輪靠近上冠側(cè)span0.02跨面、中跨面span0.5以及靠近下環(huán)側(cè)的span0.98跨面上不同位置監(jiān)測(cè)點(diǎn)處的壓力脈動(dòng)情況的差異，本文將對(duì)這三個(gè)跨面上監(jiān)測(cè)點(diǎn)壓力信號(hào)的峰峰值以及壓力標(biāo)準(zhǔn)差進(jìn)行初步分析。壓力信號(hào)峰峰值可以反應(yīng)壓力變化范圍的大小，而壓力標(biāo)準(zhǔn)差可以反應(yīng)壓力脈動(dòng)幅值大校


本文編號(hào)：3410893