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环境因素对水泵水轮机空化特性的影响研究

2020-12-10阅读(496)

环境因素对水泵水轮机空化特性的影响研究

论文摘要

水泵水轮机稳定性问题已经成为需要重点关注的关键性问题,特别是转轮叶片空化和双列叶栅内的空化涡引起的机组振动和噪声,是影响机组稳定运行的重要因素之一。尤其是高海拔和高寒地区的抽水蓄能电站,温度和大气压力变化对机组的空化以及稳定性产生重要的影响。基于以上问题,本文旨在探究水泵工况转轮内空化流动特性、双列叶栅内的空化涡流动机理以及环境因素对机组空化性能的影响,为改善水泵水轮机的空化性能、解决高寒和高海拔地区抽水蓄能电站的长期稳定运行提供理论依据,对水泵水轮机的安全稳定运行具有重要的工程应用价值。结论如下:(1)水泵工况空化性能的数值及试验研究。通过对比数值模拟与空化试验的结果可知,二者具有较好的吻合度,且能够较好的给出转轮空化的发展过程。Q<Q_r时,水泵工况转轮内空化首先发生在叶片进口背面;Q﹥Q_r时,水泵工况转轮内空化首先发生在叶片进口正面。随着空化系数的减小以及转轮离心力的作用下,大流量工况转轮内的空化较严重,大量气泡阻塞流道,影响叶片表面载荷的分布,使转轮内的水力损失增加。(2)对水泵工况双列叶栅内出现的空化涡现象进行研究。结果表明:随着空化系数的减小,双列叶栅内的失速涡强度逐渐增大,形成空化涡。空化涡主要从靠近蜗壳鼻端处的导叶域内产生,在水流逆向扩散的作用下向相邻导叶内延伸。空化涡使导水机构产生低频高幅值的力矩波动。随着空化系数的减小,无叶区内的压力脉动幅值增大,而双列叶栅和转轮内的压力脉动幅值减小。(3)考虑环境因素对高水头水泵水轮机空化性能的影响进行研究。水轮机工况下,相对大气压力变化,温度变化对水轮机工况的空化性能影响较大。水泵工况下,温度降低使转轮内水流的湍动能增大;综合考虑温度变化和大气压力变化时,温度和大气压力降低使转轮叶片载荷降低,转轮空化性能下降,水泵工况的空化性能主要受大气压力的影响。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 1 绪论
  •   1.1 课题研究背景与意义
  •   1.2 国内外研究进展
  •     1.2.1 水泵水轮机中空化的基本形式
  •     1.2.2 空化对机组性能的影响
  •     1.2.3 空化数值计算的研究现状
  •     1.2.4 环境因素对水力机械空化特性的研究现状
  •   1.3 本文的主要研究内容
  • 2 空化流动理论及数值模拟方法
  •   2.1 空化流动基本理论
  •     2.1.1 空化的基本概念
  •     2.1.2 空化形成的机理
  •     2.1.3 空泡动力学
  •     2.1.4 空化系数
  •   2.2 空化流计算的空化模型
  •   2.3 控制方程及湍流模型
  •   2.4 无量纲参数
  •   2.5 边界条件设置
  •     2.5.1 空化流计算边界条件
  •     2.5.2 考虑环境因素的计算边界条件
  •   2.6 本章小结
  • 3 水泵工况空化流动特性的试验与数值模拟分析
  •   3.1 水泵水轮机模型简介
  •     3.1.1 基本参数
  •     3.1.2 模型测试试验台
  •   3.2 网格划分
  •     3.2.1 各过流部件网格
  •     3.2.2 数值模拟的试验验证
  •   3.3 计算工况点
  •   3.4 水泵试验工况空化流动特性分析
  •     3.4.1 叶片表面空化形态的发展过程
  •     3.4.2 空化对叶片载荷分布的影响
  •     3.4.3 水力损失分析
  •   3.5 不同流量水泵工况的能量特性分析
  •     3.5.1 双列叶栅内流场分析
  •     3.5.2 转轮液流角分析
  •     3.5.3 转轮环量分析
  •     3.5.4 尾水管流场分析
  •   3.6 不同流量水泵工况下转轮内空化特性分析
  •     3.6.1 不同空化系数下压力场对比
  •     3.6.2 叶片载荷分布
  •     3.6.3 叶片表面空化形态
  •     3.6.4 转轮流道内空化分布
  •     3.6.5 各过流部件水力损失
  •   3.7 本章小结
  • 4 水泵工况双列叶栅内空化涡特性及导叶水力矩分析
  •   4.1 双列叶栅内空化涡特性分析
  •     4.1.1 双列叶栅内速度矢量分析
  •     4.1.2 双列叶栅气态水体积分布
  •     4.1.3 双列叶栅流道内空化形态分布
  •   4.2 导叶水力矩分析
  •   4.3 转轮受力分析
  •   4.4 空化涡对过流部件内压力脉动特性的影响
  •     4.4.1 转轮内压力脉动特性分析
  •     4.4.2 双列叶栅内压力脉动特性分析
  •   4.5 本章小结
  • 5 环境因素对水泵水轮机空化特性的影响
  •   5.1 机组简介及网格划分
  •     5.1.1 基本参数
  •     5.1.2 网格划分及无关性验证
  •   5.2 计算工况点
  •   5.3 温度变化对水泵水轮机空化特性的影响
  •     5.3.1 温度变化对水轮机工况空化特性的影响
  •     5.3.2 温度变化对水泵工况空化特性的影响
  •   5.4 压力变化对水泵水轮机空化性能的影响
  •     5.4.1 压力变化对水轮机工况空化特性的影响
  •     5.4.2 压力变化对水泵工况空化特性的影响
  •   5.5 考虑温度和压力对水泵水轮机空化性能的影响
  •     5.5.1 考虑温度和压力对水轮机工况空化性能的影响
  •     5.5.2 考虑温度和压力对水泵工况空化性能的影响
  •   5.6 本章小结
  • 6 总结与展望
  •   6.1 总结
  •   6.2 展望
  • 致谢
  • 参考文献

    • 文章来源

    类型: 硕士论文

    作者: 翟广鸿

    导师: 廖伟丽,赵亚萍,李志华

    关键词: 水泵水轮机,空化涡,导叶水力矩,转轮受力,环境因素

    来源: 西安理工大学

    年度: 2019

    分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

    专业: 地球物理学,水利水电工程

    单位: 西安理工大学

    基金: 国家自然科学基金(编号:51679196)

    分类号: TV136

    总页数: 86

    文件大小: 9966K

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