中比转数混流式水轮机尾水管压力脉动特性研究

摘要

随着水力资源开发及混流式水轮机设计与制造技术的逐步提高，混流式水轮机逐渐向着中比转数、大功率方向发展，对机组的稳定、安全运行有着重要影响的压力脉动问题已经得到广大学者的重视。本文针对尾水管涡带产生的压力脉动问题，采用瞬态全流道数值模拟方法对压力脉动在尾水管处的规律进行分析，并采用部分流道的模拟得出压力脉动的成分和来源。
　　为了实现上述目的，本文对中比转数模型水轮机4个导叶开度工况的内部流场进行了数值模拟，通过定常数值模拟研究水力特性情况，验证数值计算的准确性和流场各参数的分布情况，通过非定常数值模拟得到水轮机压力脉动随时间的变化，分析混流式水轮机的压力脉动在各区域的频率分布，研究各主要脉动频率成分原因。具体的研究内容包括以下几个方面：
　　首先，采用定常方法对小开度、最优开度、和两个大开度等4个工况下水轮机内部流场进行了数值模拟，研究各工况流动情况，分析流动状态产生的不稳定原因，研究各个工况主要外特性和流场中的流动变化规律，得到各工况的水力效率等关键信息。
　　其次，对各开度工况进行瞬态的全流道数值模拟研究，获得了流道内各部件所布测点的压力脉动数据。为了更好的分析压力脉动能量分布，采用快速傅里叶变换(FFT)方法对得到的压力脉动进行处理，将脉动的时域信息转化到频域上。研究各测点在频域上的共有特性，分析尾水管主要频率压力脉动的是由尾水涡带的旋转运动产生的。
　　再次，在研究部分流道压力脉动时，对各开度的工况的无蜗壳流道和无固定导叶流道进行数值模拟研究，获得各测点的压力脉动值，并对其进行FFT方法处理，将时域的脉动信息转换到频谱图上，分析各区域的主要脉动频率，与全流道的各区域的主要频率对比，发现上游部件的结构在尾水管处将不产生新频率的压力脉动。

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第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 混流式水轮机尾水管研究现状及方法

1.3 本文的主要研究内容

第2章 混流式水轮机三维流场数值模拟方法

2.1 引言

2.2 控制方程

2.3 湍流模型及壁面函数

第3章 混流式水轮压力脉动计算

3.1 引言

3.2 计算对象

3.4 计算结果及分析

3.5 本章小结

第4章 混流式水轮机尾水管压力脉动分析

4.1 引言

4.2 尾水管压力脉动测点布置

4.3 尾水管压力脉动分析

4.4 本章小结

第5章 尾水管压力脉动来源分析

5.1 引言

5.2 计算对象

5.3 无蜗壳流道压力脉动分析

5.4 无导叶流道压力脉动分析

5.5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

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