混流式水轮机尾水管内涡带特性的研究与控制

发布时间：2017-04-16 16:09

  本文关键词：混流式水轮机尾水管内涡带特性的研究与控制，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：水力发电的高速发展推动了水电机组向安全、高效和大容量方向改进，这必将对作为水电站的核心动力设备水轮机提出更高的要求。当前，尾水管涡带引起压力脉动而导致水轮机振动的现象是普遍存在的，因此，研究和控制水轮机尾水管涡带的发展成为了当前研究的重点。 为了深入地研究尾水管内的流动结构和特性，本文首先以90°弯管为研究模型，控制方程采用三维不可压缩的Navier-Strokes方程，对于湍流流动，采用RNG k湍流模型来封闭方程组，进而模拟弯管内部的流场。以此为工作基础，展开对混流式水轮机尾水管内部流动稳定性的研究。主要研究内容和成果如下： （1）在对90°方形截面弯管内部流动进行研究时，发现了迪恩涡分裂现象。层流条件下，当雷诺数高于338时，弯管横截面上迪恩涡发生了分裂；而当雷诺数低于338时，迪恩涡没有发生分裂。湍流状态下，弯管截面的迪恩涡总是两个，不发生分裂。 （2）进一步研究了影响迪恩涡分裂的部分因素，，研究发现，迪恩涡分裂现象受来流雷诺数、横截面形状、曲率的影响。 （3）采用5种切向速度入口条件，对混流式水轮机尾水管内部流动进行了非定常数值模拟。研究发现：尾水管入口切向速度的最大值越接近尾水管截面中心，尾水管压力脉动幅值越小，尾水管速度剖面中准自由涡所占的比例就越大，涡带稳定性越好。 （4）研究了尾水管隔离墩的间距和角度对尾水管水力稳定性的影响。研究发现：尾水管隔离墩设置的变化，引起了尾水管性能的变化，即恢复系数和相对水力损失，并没有改变水轮机尾水管的稳定性。
【关键词】：涡带 切向速度分布 压力脉动 隔离墩 能量梯度理论
【学位授予单位】：浙江理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK733.1
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-15
• 1.1 课题研究的背景和意义8-11
• 1.2 国内外研究现状11-13
• 1.2.1 90°弯管内部流动稳定性研究现状11
• 1.2.2 尾水管涡带特性的研究现状11-13
• 1.3 本论文的主要工作13-15
• 第2章 能量梯度理论的应用15-22
• 2.1 能量梯度理论简介15-16
• 2.2 能量梯度函数的计算16-22
• 第3章 90°方形弯管内部流动稳定性研究22-32
• 3.1 弯管模型和数值方法22-25
• 3.1.1 90°方形截面弯管几何模型22-23
• 3.1.2 控制方程和数值方法23-24
• 3.1.3 网格无关性检验24-25
• 3.2 弯管内流动稳定性分析25-31
• 3.2.1 数值模拟结果与实验结果对照25-26
• 3.2.2 弯管内流动稳定性分析26-31
• 3.3 本章小结31-32
• 第4章 90°弯管内迪恩涡分裂现象的研究32-41
• 4.1 弯管模型和数值方法32-33
• 4.1.1 弯管模型32
• 4.1.2 控制方程和数值方法32-33
• 4.2 弯管内流动稳定性分析33-39
• 4.2.1 横截面形状对弯管内流动稳定性的影响33-35
• 4.2.2 弯管曲率对弯管内流动稳定性的影响35-39
• 4.3 本章小结39-41
• 第5章 入口切向速度分布对尾水管内部流动稳定性的影响41-57
• 5.1 水轮机尾水管模型的建立41
• 5.2 入口条件处理41-43
• 5.3 尾水管压力脉动的监测43-45
• 5.3.1 压力脉动监测位置的选取43-44
• 5.3.2 压力脉动采样时间的选取44
• 5.3.3 压力脉动幅值的取值44-45
• 5.4 部分工况条件下尾水管内部流动分析45-55
• 5.5 本章小结55-57
• 第6章 隔离墩设置对尾水管内部流动稳定性的影响57-63
• 6.1 尾水管几何模型和网格划分57-58
• 6.2 定常数值模拟分析58-61
• 6.2.1 隔离墩间隔对尾水管内部流动的影响58-60
• 6.2.2 隔离墩角度对尾水管内部流动的影响60-61
• 6.3 非定常数值模拟分析61-62
• 6.4 本章小结62-63
• 第7章 结论和展望63-66
• 7.1 结论63-65
• 7.2 今后工作展望65-66
• 参考文献66-71
• 攻读学位期间的研究成果71-73
• 致谢73

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：311171