水泵水轮机多工况条件下压力脉动研究

发布时间：2017-09-21 10:15

  本文关键词：水泵水轮机多工况条件下压力脉动研究

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【摘要】：当前,我国电力系统正向大机组、大电网的方向发展,为了保障电网的安全、经济运行,就必须提高整个电力系统的调节能力,同时,电网中也需要有相当比例的储能设备来改善各种类型电站运行条件或者提高其供电质量。在此背景下,抽水蓄能电站技术作为目前世界上最为成熟的大规模储能技术被广泛应用。目前,我国已经成为抽水蓄能工程建设最为迅速的国家。抽水蓄能电站的核心设备——水泵水轮机目前正朝着高水头、大容量方向发展,其稳定性问题一直为研究者所重视。由于水泵水轮机在设计过程中,相比传统的泵或者水轮机,需要兼顾两者的性能,其稳定性问题就更为突出。本文针对某型高水头水泵水轮机在多个代表性工况下的压力脉动问题,采用数值计算和模型机试验相结合的方法进行了研究。本文所做的主要工作如下：(1)建立水泵水轮机模型机的全三维模型,对其水轮机工况和水泵工况下的多个工况点进行非稳态计算,提取压力脉动值,并通过和模型机试验结果进行对比,验证了计算方案的可靠性。(2)在水泵水轮机模型机的无叶区和导叶区设置监测点,针对水轮机工况不同开度条件下的压力脉动进行分析。包括了无叶区压力脉动沿圆周方向的变化,压力脉动沿导叶流道的发展变化,不同导叶条件下脉动特性的对比等等。进一步地,对不同开度下非稳态的内流场进行分析,包括速度场、压力场和湍动能分布。并对随着时间变化的内流场演化过程进行了揭示。而后,考虑到水泵水轮机能够在水泵和水轮机两种工况下进行运行的特点,对比分析了一个水泵工况下的压力脉动特点。(3)为了研究非同步导叶对水泵水轮机压力脉动特征的影响,文中设置了一个同步导叶工况和一个非同步导叶工况进行对比研究,分析了两种条件下,压力脉动的分布和传播特性。重点考察了预开启导叶附近区域的压力脉动特性变化,并研究了非同步导叶条件下内流场随时间的变化。(4)传统水泵水轮机压力脉动数值计算中,一般仅针对水泵水轮机本身,对其管路系统不加考虑,水泵水轮机三维数值计算的边界条件是事先设定的,不能真实反应其边界条件的变化。因此,本文尝试利用一维特征线法,基于Fluent中的用户自定义函数,采用C语言自主编程的方法把抽水蓄能电站的管路计算嵌入到三维计算过程中。然后针对该水泵水轮机的真机,在考虑管路的情况下进行非稳态计算,得到了真机条件下的压力脉动特性,并和模型机的计算结果进行了比较。
【关键词】：水泵水轮机 无叶区 压力脉动 CFD 特征线法
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK730.1
【目录】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-12
• 1 绪论12-21
• 1.1 研究的背景和意义12-13
• 1.2 国内外研究现状13-20
• 1.2.1 水泵水轮机压力脉动研究现状13-16
• 1.2.2 水力机械及其系统数值计算技术发展现状16-20
• 1.3 本文的主要研究内容20-21
• 2 三维数值计算设置与验证21-29
• 2.1 水力模型21-22
• 2.2 网格设置22-25
• 2.3 控制方程及计算设置25-26
• 2.4 模型试验及数值计算验证26-27
• 2.5 本章小结27-29
• 3 水轮机工况和水泵工况下模型机压力脉动分析29-52
• 3.1 水轮机工况下无叶区压力脉动周向传播分析29-34
• 3.1.1 监测点布置29
• 3.1.2 压力脉动的时域分析29-31
• 3.1.3 压力脉动的频域分析31-34
• 3.2 水轮机工况下压力脉动沿导叶流道的传播分析34-36
• 3.2.1 监测点布置34-35
• 3.2.2 导叶流道内压力脉动的频域分析35-36
• 3.3 水轮机工况下内流场分析36-46
• 3.3.1 导叶和转轮内流分析36-39
• 3.3.2 尾水管内流分析39-40
• 3.3.3 内流场随时间的变化40-42
• 3.3.4 湍动能的分布研究42-46
• 3.4 水泵工况下的压力脉动分析46-51
• 3.4.1 水泵工况下无叶区压力脉动周向传播分析46-48
• 3.4.2 水泵工况下压力脉动沿导叶流道的传播分析48-49
• 3.4.3 水泵工况下湍动能的分布研究49-51
• 3.5 本章小结51-52
• 4 非同步导叶条件下的压力脉动分析52-60
• 4.1 预开启导叶的分布与测点设置52-53
• 4.2 非同步导叶条件下压力脉动特性53-55
• 4.3 非同步导叶条件下内流分析55-59
• 4.3.1 非同步导叶条件下压力分布随时间的变化55-57
• 4.3.2 非同步导叶条件下湍动能分布随时间的变化57-59
• 4.4 本章小结59-60
• 5 考虑管路的真机压力脉动分析60-71
• 5.1 考虑管路的真机数值计算原理60-65
• 5.2 考虑管路的真机数值计算的实现65-70
• 5.2.1 管路参数65
• 5.2.2 考虑管路的真机稳态计算65-67
• 5.2.3 考虑管路的真机压力脉动计算67-70
• 5.3 本章小结70-71
• 6 总结与展望71-73
• 6.1 总结71-72
• 6.2 展望72-73
• 参考文献73-83
• 致谢83-84
• 作者简介84

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本文编号：893908