基于动态网格技术的水泵水轮机同步启动过程内部流场分析

摘要

随着我国经济水平的不断提高，整个社会所需的生活生产用量越来越大，电力系统的结构随之日益庞大、智能化、复杂化，电网的安全问题日渐突显。抽水蓄能电站在电网中不但承担削峰、调相、填谷、调频、事故备用以及“黑启动”维护电网稳定性、提高电能质量的任务，而且还是电网的保安工具，在维系电网安全的同时，首先必须保证其自身的安全性。
　　抽水蓄能电站机组由于在电力系统中的特殊作用需要频繁启停转换工况，因此要求必须具备快速平稳开机并网控制功能。水泵水轮机水轮机工况启动过渡过程影响因素众多，内部流场结构演变过程复杂，一般伴随着强烈的压力脉动、活动导叶处负水锤和水力机组振动等现象的产生，过渡过程是威胁抽水蓄能电站水力机组安全运行的主要因素之一，所以抽水蓄能电站启动特性的好坏对安全运行有十分重要的作用。抽水蓄能电站过渡过程中内部流动状态变化的研究问题逐渐成为国内外的研究热点，但是早期国内外学者进行的相关研究工作主要是通过模型试验或用真机测试的手段开展，并且近些年基于计算流体力学（CFD）进行流场分析这类动边界问题主要通过准定常的方式模拟非定常的流动问题，本文正是在这样的背景下对水泵水轮机水轮机工况同步启动过程进行的数值研究。
　　针对以上问题，本文以国内某抽水蓄能电站混流式水泵水轮机模型机组进行三维流道几何建模、对流道进行非结构化网格划分、并使用商用数值模拟软件ANSYS-FLUENT、编写用户自定义函数（UDF）、运用FLUENT提供的动态网格技术（Dynamic Mesh）和六自由度求解器（6DOF SOLVER）、选用能够有效地模拟旋转均匀剪切流、带分离流动、强逆压梯度的边界层流动、流动分离和二次流的可实现（Realizable）k-ε湍流模型对水泵水轮机水轮机工况同步启动过程进行全流道三维非定常数值模拟。并根据数值计算的结果对水轮机工况同步启动过程进行了内部流场分析。计算结果表明：水轮机同步启动过程的内部流动对外特性影响较大，本文从内部流动着手解释外特性的研究方向是可行的。

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第1章 绪 论

1.1背景及研究意义

1.2国内外研究现状

1.3研究方法和内容

第2章 数值计算理论与方法

2.1流动控制方程

2.2 控制方程的离散与求解

2.3湍流数值模拟方法

2.4 动态网格理论基础

2.5 守恒型态网格流场计算方程

2.6 FLUENT 耦合运动

2.7 FLUENT 6DOF运动轨迹计算原理

2.8 用户自定义函数 UDF

2.9 FLUENT动态网格模型算法概要

本章小结

第3章 水泵水轮机全流道几何模型建立与网格划分

3.1引言

3.2计算模型建立

3.3 网格划分

本章小结

第4章 同步启动过程全流道三维非定常数值模拟

4.1 边界条件及收敛标准

4.2数值模拟结果分析

本章小结

总结与展望

总结

展望

参考文献

致谢

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