水泵水轮机停机瞬态过程流动特性研究

发布时间：2020-12-04 20:29

　　太阳能、风能等可再生能源受环境影响显著,需要其他能源予以配合调节;此外,居民用电量的日变化规律呈现出典型的周期性,这些因素使得电网对于调节灵活的抽水蓄能机组的需求大大增加,水泵水轮机需要在不同工况下频繁切换。瞬态过程是水泵水轮机运行中为平衡电网负荷所必须经历的过程,特别是启停循环,其复杂的动态不稳定性严重制约了抽水蓄能机组的稳定运行。本文以水泵水轮机停机瞬态过程为研究载体,采用试验研究与数值模拟相结合的方式,探究了停机瞬态过程中的动态特性。为了获得更为真实可靠的流动特性,本文采用外部网格重构法模拟导叶闭合运动,给定试验测定压力作为进出口边界条件,基于转子角动量平衡方程计算更新转轮转速,从而构建了完整的瞬态过程三维数值模拟策略;同时基于上述方案,分别开展了考虑转轮间隙流动与否的水泵水轮机停机瞬态过程数值模拟。采用时域分析和时频分析(短时傅里叶变换等)对试验以及数值模拟获得的压力脉动进行对比分析,明确瞬态过程中压力脉动的复杂频率成分,分析其传播规律;通过分析流场、旋涡结构、涡量场等,探究停机瞬态过程中水泵水轮机内部特殊旋涡流动的演化历程;对比有无转轮间隙流动的停机瞬态过程外特性参数,采用压... 

【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：99 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 课题背景及研究的目的和意义
    1.2 国外研究现状
        1.2.1 国外学者对水轮机瞬态过程的研究
        1.2.2 国外学者对水轮机稳定性的研究
    1.3 国内研究现状
        1.3.1 国内学者对水轮机瞬态过程的研究
        1.3.2 国内学者对水轮机稳定性的研究
    1.4 国内外文献综述的简析
    1.5 本文研究内容
第2章 瞬态过程数值模拟策略
    2.1 模拟的停机瞬态过程概述
    2.2 计算域模型建立与网格划分
        2.2.1 三维流域建模
        2.2.2 计算域网格划分
    2.3 初始及边界条件
        2.3.1 进出口边界条件
        2.3.2 初始条件
    2.4 转轮转速计算
    2.5 动网格更新
    2.6 湍流模型选取
    2.7 网格无关性验证
    2.8 本章小结
第3章 水泵水轮机停机瞬态过程试验分析
    3.1 试验测点设置
    3.2 停机瞬态过程试验研究概述
    3.3 活动导叶静止工况压力脉动频率分析
    3.4 停机试验压力脉动研究
        3.4.1 停机试验压力脉动时域分析
        3.4.2 停机试验压力脉动时频分析
    3.5 活动导叶关闭过程压力脉动研究
        3.5.1 活动导叶关闭过程压力脉动时域分析
        3.5.2 活动导叶关闭过程压力脉动时频分析
    3.6 本章小结
第4章 停机瞬态过程动态特性研究
    4.1 数值模拟结果验证
    4.2 停机瞬态过程动态外特性分析
        4.2.1 外特性分析
        4.2.2 转轮力特性分析
    4.3 各部件流动特性分析
        4.3.1 数值模拟压力脉动测点分布
        4.3.2 蜗壳流动特性分析
        4.3.3 双列叶栅流动特性分析
        4.3.4 转轮流动特性分析
        4.3.5 尾水管流动特性分析
    4.4 本章小结
第5章 考虑间隙流动下的停机瞬态过程动态特性研究
    5.1 考虑间隙流动下的瞬态过程动态外特性分析
        5.1.1 考虑间隙流动下的动态外特性对比
        5.1.2 考虑间隙流动下的转轮力特性对比
    5.2 瞬态过程压力脉动频率对比
    5.3 瞬态过程内部流动分析
    5.4 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士期间发表的论文及其他成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]Dynamic instability of a pump-turbine in load rejection transient process[J]. FU XiaoLong,LI DeYou,WANG HongJie,ZHANG GuangHui,Li ZhengGui,WEI XianZhu.  Science China(Technological Sciences). 2018(11)
[2]水泵水轮机甩负荷过程流动诱导噪声数值模拟[J]. 毛秀丽,孙奥冉,Giorgio Pavesi,郑源,葛新峰.  农业工程学报. 2018(20)
[3]水泵水轮机增减负荷过程三维流动特性大涡模拟分析[J]. 胡秀成,张立翔.  水利学报. 2018(04)
[4]基于重叠网格的水轮机导叶尾流水动力特性数值研究[J]. 黄剑峰,杨松,龙立焱,张立翔.  排灌机械工程学报. 2019(04)
[5]基于重叠网格方法的水轮机非定常水动力数值仿真[J]. 刘垚,蔡卫军,王明洲.  中国舰船研究. 2018(01)
[6]抽水蓄能电站泵工况断电飞逸过渡过程三维耦合数值研究[J]. 苟东明,郭鹏程,罗兴锜,张蓝国,郭耀峰.  水动力学研究与进展(A辑). 2018(01)
[7]广东抽水蓄能电站功能发挥情况研究[J]. 罗莎莎,韩冰,刘云,刘国中.  南方能源建设. 2017(03)
[8]小型抽水蓄能技术发展现状及应用前景[J]. 周学志,徐玉杰,谭雅倩,汪翔,陈海生.  中外能源. 2017(08)
[9]水泵水轮机泵工况旋转失速压力脉动特性及转动机理[J]. 张春泽,夏林生,刁伟,周家俞.  水利学报. 2017(07)
[10]基于弱可压缩的水泵水轮机S区压力脉动分析[J]. 王李科,廖伟丽,卢金玲,赵亚萍,阮辉,王晶.  水力发电学报. 2017(06)

博士论文
[1]水泵水轮机暂态过程非定常流动特性及空化影响研究[D]. 李中杰.清华大学 2017

硕士论文
[1]水泵水轮机泵工况开停机过程导叶小开度区特殊流态研究[D]. 吉庆峰.西安理工大学 2017
[2]水泵水轮机甩负荷过渡过程研究[D]. 付晓龙.哈尔滨工业大学 2017
[3]基于动网格技术的水轮机瞬态流动分析[D]. 华晔.西安理工大学 2009



本文编号：2898198