近年來,大量的潮汐能、太陽能、風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格。抽水蓄能機組在電力系統(tǒng)中承擔著削峰填谷、改善電能質量的作用,其穩(wěn)定性和安全性也變得更為重要。水泵水輪機在水泵小流量工況下存在的駝峰特性是阻礙機組正常運行的不穩(wěn)定特性之一,對其進行研究可以為水泵水輪機的穩(wěn)定性運行提供依據(jù)。為揭示水泵水輪機在駝峰區(qū)工況下,機組內(nèi)部流動特性、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為研究對象,采用SST k-ω湍流模型對其在活動導葉開度為14°下展開三維全流道非定常數(shù)值模擬。主要研究內(nèi)容和所得結論如下:（1）對水泵工況下機組各過流部件的內(nèi)部流動進行了分析,探討了駝峰區(qū)工況下,機組的內(nèi)部流動特性。結果表明,駝峰區(qū)工況下,轉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分離、漩渦或回流等不良流動。因此,此機組駝峰特性與轉輪出口不均勻分布以及串聯(lián)級聯(lián)流道的失速現(xiàn)象有關。（2）基于壓力標準差、壓力峰峰值及快速傅里葉變換等分析方法,對不同... 

【文章來源】：西安理工大學陜西省

【文章頁數(shù)】：94 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

研究路線流程圖

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

4壓力脈動特性分析29(g)蝸殼出口壓力監(jiān)測點圖4-1壓力監(jiān)測點分布圖Fig.4-1Distributionofpressuremonitoringpoints為便于進一步地對壓力脈動進行分析，引入壓力脈動系數(shù)CP對各監(jiān)測點的壓力幅值無量綱化，其物理意義為壓力脈動對揚程的占比[78]，其表達式如下：PPPCgH(4-1)式中：P——各工況下，各監(jiān)測點的瞬時壓力，Pa；——各工況下，各監(jiān)測點某一段時間內(nèi)的平均壓力值，Pa；H——試驗值結果的效率最高工況點下的揚程，m。4.20.57Qb工況壓力脈動分析4.2.1尾水管處壓力脈動分析為進一步探討尾水管出口處的壓力脈動特性，本文對各監(jiān)測點壓力脈動系數(shù)進行快速傅里葉變化（FFT），得到其頻譜圖，如圖4-2所示。布置在尾水管管壁的監(jiān)測點DT11-DT14處脈動幅值最大，其第一主頻2fn；而中間監(jiān)測點DT21-DT24處壓力脈動幅值次之，但此四個監(jiān)測點壓力脈動的主頻是9fn，該頻率由尾水管與轉輪間的動靜干涉引起；第三層監(jiān)測點DT31-DT34處壓力脈動幅值極小，其主頻為0.2fn。通過對同一平面圓周方向的壓力脈動分析可知，尾水管進口處壓力脈動幅值沿著管壁向內(nèi)側方向降低，最外層壓力脈動主頻為兩倍的轉頻2fn；中間層壓力脈動主頻為葉片通過頻率9fn；最內(nèi)層壓力脈動主頻為0.2fn；但其幅值極校4.2.2轉輪處壓力脈動分析為了對比轉輪靠近上冠側span0.02跨面、中跨面span0.5以及靠近下環(huán)側的span0.98跨面上不同位置監(jiān)測點處的壓力脈動情況的差異，本文將對這三個跨面上監(jiān)測點壓力信號的峰峰值以及壓力標準差進行初步分析。壓力信號峰峰值可以反應壓力變化范圍的大小，而壓力標準差可以反應壓力脈動幅值大校


本文編號：3410893