可逆式水泵水轮机叶片包角对性能影响的研究

摘要

随着我国工业化和城市化的加快建设，我国电力系统的发电量不断增大，但是随着用电量的增加和用电高峰的不可控性，电力系统短时间内电量负荷的波动幅度也在不断增加。抽水蓄能电站机组的设备启停快速和调节灵活的优点使得抽水蓄能电站的发展建设受到越来越多的重视。文章通过选定的可逆式水泵水轮机设计参数，运用一元设计理论进行水力设计和三维建模，进行了不同叶片包角转轮模型的数值分析和研究并得到相关结论:
　　 通过选定的设计参数进行可逆式水泵水轮机的水力设计，分别对叶片包角为90°、110°、120°、130°和160°的转轮及相应蜗壳、导叶（活动导叶和固定导叶）、尾水管进行三维造型，然后在不同流量工况下分别对不同包角大小模型的水泵工况和水轮机工况利用Fluent软件进行数值模拟计算，得到计算结果。然后进行性能预测并分析在水泵工况和水轮机工况下包角变化对水泵水轮机性能的影响，通过对不同模型内部流场和压力分布分析后发现，包角过大时叶轮内部流场较为平稳，叶片对流体的约束能力强，但是摩擦损失随之加大从而影响了整体性能;包角过小时叶片对流体的约束能力较弱，容易引起脱流、回流等二次流动现象，导致性能也不理想。
　　 尾水管性能的好坏将直接影响可逆式水泵水轮机的效率、汽蚀特性及机组整体运行的稳定性等，文章对可逆式机组尾水管的内部流场进行了分析，发现两种工况下在肘管出都出现了不同程度的高压区和回流等现象。
　　 为研究不同导叶开度对可逆式机组性能的影响，文章选取110°叶片包角转轮模型为基础转轮，分别对模型在活动导叶开度为14、19、24、28、33时进行数值模拟，经过分析得到的结果发现，在水轮机工况和水泵工况时都存在着一个最优导叶开度使得在该工况下机组的性能达到最优，通过对模型内部流场的分析发现导叶开度变化对水泵工况影响不大，对水轮机工况影响较为明显，开度过大或过小都会对转轮内部流体流动产生不良影响。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 从甘肃风电和太阳能发电发展看抽水蓄能电站建设的必要性

1．3 可逆式水泵水轮机的发展和存在的问题

1．3．1 水泵水轮机的型式

1．3．2 可逆式水泵水轮机技术的发展

1．4 国内外水泵水轮机的研究现状

1．5 课题研究的主要内容

1．5 本章小结

第2章 可逆机水力设计、模型建立及网格生成

2．1 引言

2．2 可逆式水泵水轮机水力设计

2．2．1 可逆式水轮机运行基本参数

2．2．2 转轮几何参数的确定

2．2．3 其他通流部件的水力设计

2．3 计算模型的三维实体建模

2．3．1 转轮部分三维造型

2．3．2 其他通流部件三维造型

2．4 计算区域网格的划分

2．5 本章小结

第3章 可逆式水泵水轮机数值模拟

3．1 Fluent数值模拟过程

3．2 标准k-ε模型

3．3 定义边界条件

3．4 SIMPLE与SIMPLEC算法比较

3．5 计算迭代和收敛性判断

3．6 本章小结

第4章 数值模拟结果分析和性能预测

4．1 数值试验方案的选择

4．2 试验结果与分析

4．2．1 两种工况下性能预测和结果分析

4．3 两种工况下CFD内部流动分析

4．3．1 叶片包角变化对可逆机速度分布特性的影响

4．4 尾水管内部流场分析

4．5 活动导叶开度变化对水泵水轮机性能的影响

4．5 本章小结

结论与展望

一．结论

二．存在的问题

三．展望

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间公开发表的论文