高水头水泵水轮机小开度工况异常流动问题研究

发布时间：2023-04-26 03:47

　　高水头水泵水轮机在水轮机工况小开度区运行时,水流在无叶区的压力脉动激增、转轮进出口产生流动分离、尾水管出现涡流区,严重影响了机组的安全稳定运行。因此,详细研究水泵水轮机在水轮机工况小开度区运行时的内部异常流动特征,提出改善其运行性能的方法对电站以及电网系统的安全、稳定、经济运行具有重要的工程应用价值。本文以高水头抽水蓄能电站水泵水轮机为研究对象,将水体视为弱可压缩流体,对水轮机工况小开度区的流动特性进行系统数值分析,并通过转轮优化设计和顶盖补气两种方式改善机组在小开度区运行的稳定性。主要研究成果如下:(1)机组在水轮机工况小开度区运行时,在活动导叶和转轮之间的无叶区存在阻塞流道的环状流动区,转轮叶道内会产生流动分离,均可以使机组产生振动。通过对比考虑和不考虑水体的弱可压缩性的计算结果发现,考虑水体的弱可压缩性时,转轮与尾水管内水头损失增大,机组效率有小幅降低;转轮与活动导叶之间的无叶区出现流动阻塞:叶片压力面流动分离以及尾水管出现的螺旋涡带结构更剧烈,压力脉动幅值更大。因此,在研究高水头水泵水轮机的内部流动时,有必要考虑水体的弱可压缩性。(2)通过采用多工况多目标优化方法对高水头水泵水...

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【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 课题研究背景与意义
    1.2 国内外研究进展
        1.2.1 水力机械中的异常流动研究现状
        1.2.2 叶片优化设计研究现状
        1.2.3 水力机械补气研究现状
    1.3 本文的主要研究内容
2 数值计算基本理论及控制方程
    2.1 流体力学控制方程
    2.2 数值模拟方法
    2.3 湍流模型及控制方程
    2.4 水力机械优化理论
    2.5 弱可压缩概论
    2.6 气液两相流理论
    2.7 本章小结
3 考虑水弱可压缩性对水轮机小开度工况流动影响对比
    3.1 数值计算设置
    3.2 弱可压缩性对水轮机流场的影响
        3.2.1 弱可压性对水轮机小开度工况能量特性的影响
        3.2.2 弱可压缩性对水轮机流线分布影响
        3.2.3 弱可压缩性对过流部件表面压力分布的影响
        3.2.4 弱可压缩性对速度分布的影响
    3.3 考虑弱可压缩性的非定常特性分析
        3.3.1 活动导叶域及转轮域非定常流场分析
        3.3.2 压力脉动测点分布
        3.3.3 活动导叶及无叶区压力脉动分析
    3.4 本章小结
4 基于转轮优化设计的小开度异常流动改善研究
    4.1 优化设计流程及优化结果
        4.1.1 优化设计流程
        4.1.2 优化结果
    4.2 优化结果数值计算设置
    4.3 优化前后水轮机流场分布分析
        4.3.1 优化前后水轮机工况流线分析
        4.3.2 优化前后过流部件表面压力分布
        4.3.3 优化前后速度分布的分析
    4.4 优化前后水泵工况对比分析
        4.4.1 优化前后水泵工况能量特性分析
        4.4.2 优化前后水泵工况流场分析
    4.5 本章小结
5 补气对小开度异常流动改善研究
    5.1 补气方案
    5.2 小开度工况顶盖补气数值计算
        5.2.1 几何模型
        5.2.2 边界条件及网格划分
    5.3 数值计算及结果分析
    5.4 本章小结
6 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
致谢
参考文献



本文编号：3801678