水泵水轮机飞逸及甩负荷过程的动态特性研究
发布时间：2022-10-09 19:56
抽水蓄能电站具有发电、抽水、调频、调相等多种工况。正是由于这些工况之间的频繁转换使得水泵水轮机常处于剧烈的过渡过程之中,从而造成抽水蓄能机组的不稳定等问题。因此对水泵水轮机过渡过程的研究就变得尤为重要。本文采用RNG k-ε湍流模型对水泵水轮机的飞逸过渡过程和甩负荷过渡过程进行了研究。对于飞逸工况,分析了水泵水轮机的单位参数和运转参数的变化规律,表明在空载飞逸工况下,这些参数呈现等幅震荡的周期性现象。利用快速傅里叶变化（FFT）和短时傅里叶变换（STFT）分析了各个部件压力脉动的时频特性,并结合内流场分析了飞逸过渡过程中特殊频率成分的来源。研究发现了高幅低频、低幅高频和倍转频三种频率成分,其中高幅低频的来源于无叶区的旋涡流动,低幅高频的根源在于反水泵工况下最大反向流量的瞬间冲击作用,倍转频频率成分来源于转轮和静止部件之间的动静干涉效应。还分析了整个过渡过程中蜗壳、双列叶栅和转轮区域的压强和流线的演变规律。对于甩负荷工况,分析了全流域内各部测点压力脉动的时频特性,发现了两种高幅值低频率成分、两种高幅值高频率成分和倍转频频率成分。并从甩负荷过渡过程中的外特性和内流场两个角度分析了这些特殊频...
【文章页数】：82 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 国内外研究现状及分析
1.2.1 国内研究现状
1.2.2 国外研究现状
1.2.3 国内外文献综述
1.3 现阶段存在的问题
1.4 本文主要研究内容
第2章 数值模拟的基本原理和方法
2.1 流动控制方程及湍流模型
2.1.1 流动控制方程
2.1.2 湍流模型
2.2 流动控制方程的离散及求解
2.2.1 方程的离散
2.2.2 数值求解方法
2.3 计算域的三维建模和网格划分
2.3.1 计算域三维建模
2.3.2 计算域网格划分
2.3.3 网格无关性验证
2.4 本章小结
第3章 飞逸过渡过程中水泵水轮机动态特性分析
3.1 数值计算前处理
3.2 动态特性参数分析
3.3 压力脉动特性分析
3.3.1 压力监测点设置
3.3.2 压力脉动时域波形的初步分析
3.3.3 压力脉动的时频特性
3.4 本章小结
第4章 飞逸过渡过程水泵水轮机内流特性分析
4.1 转轮横截面压强分布及流线分布
4.2 叶栅区域及转轮中间流面的涡量分布情况
4.3 双列叶栅及转轮区域内的旋涡流动的形成机理
4.4 本章小结
第5章 甩负荷过渡过程的动态特性分析
5.1 数值计算前处理
5.2 压力脉动特性分析
5.3 动态特性参数分析
5.3.1 流量和转轮力矩外特性
5.3.2 综合外特性分析
5.4 流动特征分析
5.4.1 涡量演化过程
5.4.2 尾水管内流态分析
5.5 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]流体机械旋转湍流计算模型研究进展[J]. 王福军. 农业机械学报. 2016(02)
[2]水泵水轮机四象限工作区流动特性数值分析[J]. 夏林生,程永光,蔡芳,张晓曦. 水利学报. 2015(07)
[3]灯泡式水轮机飞逸过渡过程3维CFD模拟[J]. 夏林生,程永光,张晓曦,张春泽. 四川大学学报(工程科学版). 2014(05)
[4]考虑压力管道水流惯性和调速器特性的调压室临界稳定断面研究[J]. 郭文成,杨建东,陈一明,单新健. 水力发电学报. 2014(03)
[5]水泵水轮机流动CFD模拟的研究进展[J]. 尹俊连,王德忠,王乐勤,魏显著. 水力发电学报. 2013(06)
[6]水泵水轮机泵工况小流量波动特性[J]. 王乐勤,刘锦涛,张乐福,覃大清,焦磊. 浙江大学学报(工学版). 2011(07)
[7]轴流式水轮机模型飞逸过程三维湍流数值模拟[J]. 周大庆,吴玉林,刘树红. 水利学报. 2010(02)
[8]混流式水轮机压力脉动精细模拟和分析[J]. 张宇宁,刘树红,吴玉林. 水力发电学报. 2009(01)
[9]碗牛坝水电站突甩负荷过渡过程数值计算[J]. 何文学,李茶青,申景涛,冯家涛,杨建国. 西北农业大学学报. 2000(06)
硕士论文
[1]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
[2]水泵水轮机泵工况导叶动态数值模拟分析[D]. 高云海.哈尔滨工业大学 2015
[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
[4]水电站有压引水系统水力过渡过程计算研究[D]. 毕小剑.西安理工大学 2007
[5]导叶启闭规律及水轮机特性曲线对水电站过渡过程的影响研究[D]. 王丹.武汉大学 2004
[6]水轮机组飞逸保护及退出飞逸过渡过程的研究[D]. 张健.中国农业大学 2001
本文编号：3689262
【文章页数】：82 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 国内外研究现状及分析
1.2.1 国内研究现状
1.2.2 国外研究现状
1.2.3 国内外文献综述
1.3 现阶段存在的问题
1.4 本文主要研究内容
第2章 数值模拟的基本原理和方法
2.1 流动控制方程及湍流模型
2.1.1 流动控制方程
2.1.2 湍流模型
2.2 流动控制方程的离散及求解
2.2.1 方程的离散
2.2.2 数值求解方法
2.3 计算域的三维建模和网格划分
2.3.1 计算域三维建模
2.3.2 计算域网格划分
2.3.3 网格无关性验证
2.4 本章小结
第3章 飞逸过渡过程中水泵水轮机动态特性分析
3.1 数值计算前处理
3.2 动态特性参数分析
3.3 压力脉动特性分析
3.3.1 压力监测点设置
3.3.2 压力脉动时域波形的初步分析
3.3.3 压力脉动的时频特性
3.4 本章小结
第4章 飞逸过渡过程水泵水轮机内流特性分析
4.1 转轮横截面压强分布及流线分布
4.2 叶栅区域及转轮中间流面的涡量分布情况
4.3 双列叶栅及转轮区域内的旋涡流动的形成机理
4.4 本章小结
第5章 甩负荷过渡过程的动态特性分析
5.1 数值计算前处理
5.2 压力脉动特性分析
5.3 动态特性参数分析
5.3.1 流量和转轮力矩外特性
5.3.2 综合外特性分析
5.4 流动特征分析
5.4.1 涡量演化过程
5.4.2 尾水管内流态分析
5.5 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]流体机械旋转湍流计算模型研究进展[J]. 王福军. 农业机械学报. 2016(02)
[2]水泵水轮机四象限工作区流动特性数值分析[J]. 夏林生,程永光,蔡芳,张晓曦. 水利学报. 2015(07)
[3]灯泡式水轮机飞逸过渡过程3维CFD模拟[J]. 夏林生,程永光,张晓曦,张春泽. 四川大学学报(工程科学版). 2014(05)
[4]考虑压力管道水流惯性和调速器特性的调压室临界稳定断面研究[J]. 郭文成,杨建东,陈一明,单新健. 水力发电学报. 2014(03)
[5]水泵水轮机流动CFD模拟的研究进展[J]. 尹俊连,王德忠,王乐勤,魏显著. 水力发电学报. 2013(06)
[6]水泵水轮机泵工况小流量波动特性[J]. 王乐勤,刘锦涛,张乐福,覃大清,焦磊. 浙江大学学报(工学版). 2011(07)
[7]轴流式水轮机模型飞逸过程三维湍流数值模拟[J]. 周大庆,吴玉林,刘树红. 水利学报. 2010(02)
[8]混流式水轮机压力脉动精细模拟和分析[J]. 张宇宁,刘树红,吴玉林. 水力发电学报. 2009(01)
[9]碗牛坝水电站突甩负荷过渡过程数值计算[J]. 何文学,李茶青,申景涛,冯家涛,杨建国. 西北农业大学学报. 2000(06)
硕士论文
[1]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
[2]水泵水轮机泵工况导叶动态数值模拟分析[D]. 高云海.哈尔滨工业大学 2015
[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
[4]水电站有压引水系统水力过渡过程计算研究[D]. 毕小剑.西安理工大学 2007
[5]导叶启闭规律及水轮机特性曲线对水电站过渡过程的影响研究[D]. 王丹.武汉大学 2004
[6]水轮机组飞逸保护及退出飞逸过渡过程的研究[D]. 张健.中国农业大学 2001
本文编号：3689262
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