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1、水泵水輪機(jī)泵工況駝峰特性流動(dòng)機(jī)理數(shù)值研究(申請(qǐng)清華大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文)培養(yǎng)單位：熱能工程系學(xué)科：動(dòng)力工程及工程熱物理研究生：姚洋陽(yáng)指導(dǎo)教師：王正偉教授二○一五年五月HydrodynamicMechanismAnalysisofthePumpHumpDistrictforaPump-turbineThesisSubmittedtoTsinghuaUniversityinpartialfulfillmentoftherequirementforthedegreeofMasterofScienceinPowerEngineeringandEngi
2、neeringThermophysicsbyYaoYangyangThesisSupervisor:ProfessorWangZhengweiMay,2015摘要摘要目前，為緩解電力系統(tǒng)的峰谷差，我國(guó)大力發(fā)展抽水蓄能電站，機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定性日益受到重視，而水泵水輪機(jī)泵工況的揚(yáng)程特性曲線(xiàn)一般會(huì)出現(xiàn)駝峰區(qū)，對(duì)機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定性造成不利影響，因此有必要對(duì)泵工況的駝峰特性進(jìn)行深入研究。結(jié)合模型試驗(yàn)，本文采用數(shù)值模擬方法對(duì)水泵水輪機(jī)產(chǎn)生駝峰區(qū)的水動(dòng)力學(xué)機(jī)理進(jìn)行了深入探索。首先采用SST湍流模型，對(duì)泵工況在三個(gè)導(dǎo)葉開(kāi)度下進(jìn)行了定常數(shù)值模擬，預(yù)測(cè)其揚(yáng)程、效率和功率
3、的水力特性曲線(xiàn)，并與模型試驗(yàn)進(jìn)行了對(duì)比分析，進(jìn)而對(duì)各部件的能量損失以及內(nèi)部流動(dòng)特性進(jìn)行探討。發(fā)現(xiàn)在三個(gè)導(dǎo)葉開(kāi)度下，各個(gè)部件的能量損失隨流量的變化規(guī)律類(lèi)似，內(nèi)部流動(dòng)特性隨流量的變化規(guī)律也類(lèi)似，單位流體輸入的總能隨流量的減小不斷增大。同時(shí)在最優(yōu)開(kāi)度下對(duì)泵工況進(jìn)行了空化定常計(jì)算，對(duì)水力損失的產(chǎn)生做了簡(jiǎn)單的空化原因分析，發(fā)現(xiàn)對(duì)研究的模型水泵水輪機(jī)，在最優(yōu)開(kāi)度線(xiàn)的工況點(diǎn)不會(huì)出現(xiàn)明顯的空化現(xiàn)象，其引起的流動(dòng)損失也很小，此開(kāi)度下駝峰區(qū)產(chǎn)生水力損失的主因不是空化。其后，對(duì)最優(yōu)開(kāi)度下駝峰區(qū)的五個(gè)不同流量工況進(jìn)行了非定常數(shù)值模擬，并與定常及模型試驗(yàn)進(jìn)行對(duì)比分析，
4、發(fā)現(xiàn)其外特性參數(shù)結(jié)果比定常計(jì)算更接近模型試驗(yàn)值，同時(shí)結(jié)合能量損失與整體流道的壓力脈動(dòng)特性，對(duì)內(nèi)部流動(dòng)特性進(jìn)行詳細(xì)分析，發(fā)現(xiàn)較復(fù)雜的內(nèi)部流動(dòng)往往伴隨著較大的能量損失、較高的脈動(dòng)幅值以及較豐富的低頻區(qū)段。隨著流量的減小，尾水管、轉(zhuǎn)輪以及活動(dòng)導(dǎo)葉流域的水力能量損失顯著增加，轉(zhuǎn)輪入口出現(xiàn)明顯的回流并一直延伸到上游的尾水管內(nèi)，嚴(yán)重的螺旋回流甚至?xí)由斓狡鋸澲夤懿课?，轉(zhuǎn)輪葉道間出現(xiàn)渦流，活動(dòng)導(dǎo)葉域也會(huì)出現(xiàn)較多的漩渦流。從駝峰區(qū)最高點(diǎn)到最低點(diǎn)，整體流道內(nèi)的流動(dòng)逐漸惡化，轉(zhuǎn)輪進(jìn)口及出口處的回流強(qiáng)度及回流區(qū)域也不斷增加，其進(jìn)口處的回流甚至延伸到了尾水管內(nèi)，雙列
5、葉柵內(nèi)渦流的強(qiáng)度及渦流產(chǎn)生的區(qū)域也不斷增加，這些都造成尾水管、轉(zhuǎn)輪以及活動(dòng)導(dǎo)葉的能量損失不斷增大，在駝峰區(qū)，增加的輸入總能并不能彌補(bǔ)大量增加的能量損失，從而揚(yáng)程下降，形成駝峰區(qū)。此外，隨著流量的減小，流道內(nèi)各記錄點(diǎn)的峰峰值不斷增加，低頻也越來(lái)越明顯。這些都與駝峰區(qū)的產(chǎn)生息息相關(guān)。低頻的產(chǎn)生與渦流的消失和重新生成、增強(qiáng)和減弱以及壓力脈動(dòng)在整個(gè)流道的傳播有關(guān)。關(guān)鍵詞：模型水泵水輪機(jī)；駝峰特性；水動(dòng)力特性；壓力脈動(dòng)；螺旋回流IAbstractAbstractNowadays,lotsofpumped-storagepowerstationshave
6、beendevelopedinordertoadjustthedifferencebetweenpeakloadandvalleyloadofelectricalpowersysteminChina.Thestabilityofunitoperationisgettingmoreandmoreattention.Humpcharacteristicofpumpmodecaninfluencethestabilityofpump-turbineoperation.Therefore,itisnecessarytoconductdeepresea
7、rchonhumpcharacteristicofpumpmodeofthepump-turbine.Thispaperwillsimulatetomakeadetailedstudyofthehydrodynamicmechanismfortheformationofthehumpregion.Firstly,theSSTturbulencemodelwasadoptedtoperformsteadysimulationofthepumpmodeforthreedifferentguidevaneopenings.Thehead,theef
8、ficiencyandthepowercharacteristiccurvesofdifferentpumpmodeswerepredicted.Thesimula
