泵工况下水泵水轮机空化流动特性研究

摘要

可逆式水泵水轮机是抽水蓄能电站最核心的组成部分，而且逐渐向高水头、高转速、大容量的方向发展，其运行的稳定性问题长期以来一直受到研究者的关注。目前大多数可逆式水泵水轮机具有较高的转速和水头且启动、停机频繁，机组在实际运行中一直处于多变的流动条件下，其内部流动变的更为复杂和特殊，从而使得研究水泵水轮机的稳定性和可靠性等问题更加有必要。由水泵水轮机模型试验和抽水蓄能电站运行的经验可知，在偏离最优设计工况时机组会出现振动、噪声、压力脉动、空化空蚀等问题。空化的发生不仅会使机组的水力性能下降、产生振动和噪声，严重时还会对过流部件产生空蚀破坏，导致机组运行寿命严重缩短。能否保证机组具有良好的空化性能已成为衡量可逆式水泵水轮机设计制造水平的主要依据。因此，对水泵水轮机空化空蚀问题的研究，预测其发生的规律并提出相应的改良措施和确定合理的运行条件，对保证机组稳定安全运行具有极其重要的意义。本文以国内某抽水蓄能电站水泵水轮机模型为研究对象，采用CFD方法并结合相关的试验数据，通过水泵水轮机全流道的非定常压力场计算，重点分析不同空化系数下叶片上的空泡分布以及表面受力情况。
　　本研究主要内容包括：⑴对研究对象进行全流道三维几何建模，并对各过流区域分别划分计算网格并验证网格的无关性，选定合理的湍流模型、空化模型和边界条件，借助 CFD计算软件对其进行全流道数值模拟计算。⑵对泵工况的水泵水轮机在不同空化系数下进行多工况数值模拟，并参照模型机实验结果进行对比分析，验证计算方案的可行性；分析了不同空化系数下转轮-固定导叶区域的压力分布、速度分布和湍动能分布情况。⑶重点分析不同空化系数下叶片上的压力分布规律、叶片载荷分布规律以及转轮流道内的空泡分布规律。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1 课题来源

1.2 课题研究背景及意义

1.3 国内外研究现状

1.4 本文的主要研究内容

1.5 本章小结

第二章 空化流动理论基础

2.1 空化的基本理论

2.2 空化对水力机械的影响

2.3 空化与空蚀的防护及改善措施

2.4 本章小结

第三章 空化流动数值模拟

3.1 可逆式水泵水轮机简要介绍

3.2 全流道三维几何模型的建立

3.3 计算域网格划分

3.4 流动控制方程

3.5 空化两相湍流模型

3.6 空化模型

3.7 边界条件

3.8 本章小结

第四章 泵工况下水泵水轮机内部流动特性分析

4.1 计算工况的选择

4.2 水泵水轮机外特性及内部流动情况分析

4.3 非定常内流特性分析

4.4 本章小结

第五章 泵工况下水泵水轮机空化特性分析

5.1 转轮区受力分析

5.2 空泡分布

5.4 本章小结

结论与展望

1. 结论

2. 展望

参考文献

致谢

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