水泵水轮机暂态过程非定常流动特性及空化影响研究

发布时间：2023-06-15 19:38

　　为了满足电网日益增长的负荷调节需求,抽水蓄能电站需要进行频繁的工况转换。水泵水轮机作为抽水蓄能电站的核心装备之一,其稳态工况流动现象已得到广泛的研究,而其暂态过程中的复杂流动及空化特性还未得到深入探讨。因此,开展水泵水轮机暂态过程非定常流动特性及空化影响研究具有重要的现实意义。本研究建立了管路一维水声模型与机组三维计算流体动力学的耦合计算方法,基于转动系统动量方程计算暂态过程中转轮转速,采用嵌套网格技术模拟暂态过程中导叶开度的动态变化过程,基于Schnerr&Sauer空化模型计算暂态过程中机组内部水、汽间的质量交换,从三维流场中提取尾水管内空化涡带体积变化引起的质量激励源,同时考虑空化对波速的影响,对暂态过程中空化状态下的一维尾水管模型进行了改进。通过数值模拟结果与暂态过程现场实测结果的对比,验证了计算模型的适用性与准确性。基于耦合算法对水泵水轮机开机和停机过程分别进行了数值模拟,分析了暂态过程中机组的外特性、转轮力特性、压力脉动特性以及内部瞬态流动演化过程,通过瞬态流动结构细节的分析建立其与瞬态性能的关联性,并探讨机组历经“S”特性区的复杂流动现象及机理,发现无叶区高速水环...

【文章页数】：120 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
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第1章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 暂态过程数值模拟方法研究现状
        1.2.2 暂态过程流动特性研究现状
    1.3 本文的主要工作
第2章 水泵水轮机的暂态过程数值模拟方法
    2.1 水泵水轮机三维数值模拟方法
        2.1.1 控制方程
        2.1.2 湍流模型
        2.1.3 空化模型
        2.1.4 嵌套网格技术
        2.1.5 暂态过程模拟方法
    2.2 管路系统一维水声模型
        2.2.1 有压管道非恒定流数学模型和等效电路假设
        2.2.2 边界条件
        2.2.3 验证算例
    2.3 耦合计算方法
        2.3.1 耦合交界面
        2.3.2 耦合交界面数据传递机制
        2.3.3 考虑空化影响的耦合计算方法
    2.4 本章小结
第3章 水泵水轮机发电工况开停机过程数值模拟与流场分析
    3.1 计算模型
        3.1.1 模型参数
        3.1.2 网格划分
    3.2 水泵水轮机开机过程数值模拟与流场分析
        3.2.1 边界条件
        3.2.2 外特性与转轮力特性分析
        3.2.3 压力脉动瞬时特性分析
        3.2.4 开机过程水泵水轮机瞬时流场分析
    3.3 水泵水轮机停机过程数值模拟与流场分析
        3.3.1 边界条件
        3.3.2 外特性及转轮力特性分析
        3.3.3 压力脉动瞬时特性分析
        3.3.4 停机过程水泵水轮机瞬时流场分析
    3.4 本章小结
第4章 水泵水轮机甩负荷过程空化数值模拟与流场分析
    4.1 计算模型与网格划分
    4.2 网格划分与边界条件
    4.3 甩负荷过程数值模拟与流场分析
        4.3.1 外特性与转轮力特性分析
        4.3.2 压力脉动瞬时特性分析
        4.3.3 甩负荷过程水泵水轮机瞬时流场分析
    4.4 本章小结
第5章 考虑尾水管空化影响的暂态过程耦合数值模拟
    5.1 质量激励源和等效波速的计算
    5.2 质量激励源对外特性的影响
    5.3 质量激励源对压力脉动特性的影响
    5.4 质量激励源对机组空化的影响
    5.5 本章小结
第6章 结论与展望
    6.1 全文总结
    6.2 主要创新点
    6.3 工作展望
参考文献
致谢
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果



本文编号：3833538