本文選題：水泵水輪機(jī) + 甩負(fù)荷過程��； 參考：《哈爾濱工業(yè)大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：抽水蓄能發(fā)電機(jī)組在實(shí)際運(yùn)行過程中工況轉(zhuǎn)換頻繁,并且往往伴隨著嚴(yán)重的不穩(wěn)定性問題。但目前對甩負(fù)荷過程瞬變流動的三維研究卻相對較少。本文通過三維湍流數(shù)值模擬的方法對水泵水輪機(jī)的甩負(fù)荷過渡過程進(jìn)行了研究。為了反映甩負(fù)荷過程水泵水輪機(jī)內(nèi)部瞬變流動的非定常特性,在FLUENT數(shù)值模擬中通過用戶自定義函數(shù)(UDF)來給定隨時(shí)間變化的壓力進(jìn)出口邊界條件,根據(jù)轉(zhuǎn)子動力學(xué)角動量平衡方程結(jié)合內(nèi)流場迭代計(jì)算甩負(fù)荷過程中變化的機(jī)組轉(zhuǎn)速,運(yùn)用動網(wǎng)格方法模擬甩負(fù)荷后活動導(dǎo)葉的動態(tài)關(guān)閉過程。按以上邊界條件設(shè)置對考慮轉(zhuǎn)輪間隙流動和不考慮轉(zhuǎn)輪間隙流動的水泵水輪機(jī)甩負(fù)荷過程分別進(jìn)行了模擬。根據(jù)不考慮轉(zhuǎn)輪間隙流動的甩負(fù)荷過程數(shù)值計(jì)算結(jié)果,采用對比分析和時(shí)頻聯(lián)合分析(如短時(shí)傅里葉變換STFT)以及內(nèi)流場分析相結(jié)合的方法分析了甩負(fù)荷過程水泵水輪機(jī)的外特性和壓力脈動的動態(tài)不穩(wěn)定性及其內(nèi)流機(jī)理;根據(jù)考慮轉(zhuǎn)輪間隙流動的甩負(fù)荷過程數(shù)值計(jì)算結(jié)果,基于熵產(chǎn)理論結(jié)合內(nèi)流場采用對比分析的方法分析了甩負(fù)荷后水泵水輪機(jī)內(nèi)的能量轉(zhuǎn)換過程和損失分布及其流動機(jī)理。研究結(jié)果表明,采用三維湍流數(shù)值模擬的方法能夠較為準(zhǔn)確的模擬水泵水輪機(jī)的甩負(fù)荷過渡過程,并且在實(shí)際流場計(jì)算時(shí)應(yīng)該考慮轉(zhuǎn)輪與頂蓋及底環(huán)之間的間隙流動的影響;甩負(fù)荷過程中水泵水輪機(jī)的外特性具有動態(tài)不穩(wěn)定性,造成這種外特性動態(tài)不穩(wěn)定的直接原因是水泵水輪機(jī)內(nèi)劇烈的壓力脈動,而造成上述外特性和壓力脈動動態(tài)不穩(wěn)定的根源是甩負(fù)荷后水泵水輪機(jī)無葉區(qū)和尾水管中的復(fù)雜的旋渦流動;從能量的角度講,水泵水輪機(jī)的甩負(fù)荷過程就是一個(gè)來自水流的能量在水泵水輪機(jī)內(nèi)的各種能量形式之間相互轉(zhuǎn)換,最終趨于穩(wěn)定的能量耗散過程。在甩負(fù)荷后的飛逸過程和進(jìn)入反水泵工況之前的制動過程中,水泵水輪機(jī)內(nèi)的能量損失主要分布在尾水管彎肘段和無葉區(qū)及轉(zhuǎn)輪中。在甩負(fù)荷后的反水泵運(yùn)行過程中上述能量損失主要分布在雙列葉柵(活動導(dǎo)葉和固定導(dǎo)葉)和轉(zhuǎn)輪中。造成甩負(fù)荷后水泵水輪機(jī)內(nèi)能量損失的根源同樣是水泵水輪機(jī)內(nèi)相應(yīng)位置處的旋渦流動。
[Abstract]:In the actual operation of pumped storage generator sets, the switching of working conditions is frequent, and often accompanied by serious instability problems.However, the three-dimensional research on transient flow during load rejection is relatively rare.In this paper, a three-dimensional turbulent numerical simulation method is used to study the load-rejection transition process of a pump turbine.In order to reflect the unsteady characteristics of transient flow in pump turbine during load rejection, the pressure inlet and outlet boundary conditions with time change are given by user defined function in FLUENT numerical simulation.According to the angular momentum balance equation of rotor dynamics and the iterative calculation of the internal flow field, the dynamic closing process of the guide vane after load rejection is simulated by using the dynamic grid method.According to the above boundary conditions, the load rejection process of the pump turbine considering the clearance flow of the runner and the flow without the clearance of the runner is simulated respectively.According to the numerical results of the load rejection process without considering the clearance flow of the runner,The external characteristics of pump turbine, the dynamic instability of pressure pulsation and the internal flow mechanism of pump turbine during load rejection are analyzed by means of comparative analysis and time-frequency combined analysis (such as STFTFT) and internal flow field analysis.Based on the numerical results of the load rejection process considering the clearance flow of the runner, the energy conversion process, the loss distribution and the flow mechanism of the pump turbine after load rejection are analyzed based on the entropy production theory and the internal flow field.The results show that the 3-D turbulent numerical simulation method can accurately simulate the load rejection transition process of the pump turbine, and the effect of the gap flow between the runner, the top cover and the bottom ring should be taken into account in the actual flow field calculation.In the process of load rejection, the external characteristics of the pump turbine have dynamic instability. The direct cause of this dynamic instability is the violent pressure pulsation in the pump turbine.The dynamic instability of the external characteristics and pressure pulsation is caused by the complex vortex flow in the vaneless zone and draft tube of the pump turbine after load rejection.The load rejection process of the pump turbine is a process of energy dissipation from the water flow to each other among the various energy forms in the pump turbine, and eventually tends to stabilize the energy dissipation process.During the flight escape process after load rejection and the braking process before entering the reverse pump condition, the energy loss in the pump turbine is mainly distributed in the elbow section of the draft tube, the vaneless zone and the runner.During the operation of the reverse pump after load rejection, the energy loss is mainly distributed in the double-row cascade (movable guide vane and fixed guide vane) and the runner.The source of energy loss in the pump turbine after load rejection is also the vortex flow at the corresponding position in the pump turbine.
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TV743;TV734

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 WalterL.Swift;王述羲;;運(yùn)用計(jì)算機(jī)改善水輪機(jī)和水泵水輪機(jī)的設(shè)計(jì)工作[J];大電機(jī);1973年01期

2 陳德新,謝輝;低比速水泵水輪機(jī)“S”特性區(qū)的內(nèi)部流動[J];水利學(xué)報(bào);2001年02期

3 胡旭光;水泵水輪機(jī)不穩(wěn)定性運(yùn)行的初步探討[J];水電站機(jī)電技術(shù);2001年02期

4 何文才;惠州抽水蓄能電站工程水泵水輪機(jī)轉(zhuǎn)速的選擇[J];中國農(nóng)村水利水電;2005年06期

5 何文才;惠州抽水蓄能電站水泵水輪機(jī)轉(zhuǎn)速的選擇[J];廣東水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào);2005年02期

6 陶喜群;;國外公司水泵水輪機(jī)和進(jìn)口閥門結(jié)構(gòu)技術(shù)[J];東方電機(jī);2005年02期

7 何文才;;惠州抽水蓄能電站工程水泵水輪機(jī)轉(zhuǎn)速的選擇[J];廣東水利水電;2008年07期

8 金宗銘;羅遠(yuǎn)紅;李劍云;;惠州抽水蓄能電站水泵水輪機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)[J];東方電機(jī);2009年02期

9 付之躍;劉偉超;鄭津生;胡江藝;唐榮;;東方電機(jī)水泵水輪機(jī)水力開發(fā)的技術(shù)進(jìn)步[J];東方電機(jī);2010年01期

10 熊濤;;宜興抽水蓄能電站水泵水輪機(jī)性能與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)[J];水電站機(jī)電技術(shù);2010年05期

相關(guān)會議論文 前10條

1 金宗銘;羅遠(yuǎn)紅;李劍云;;惠州抽水蓄能電站水泵水輪機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)[A];抽水蓄能電站工程建設(shè)文集（2009）[C];2009年

2 傅之躍;劉偉超;鄭津生;胡江藝;;東方電機(jī)水泵水輪機(jī)水力開發(fā)的技術(shù)進(jìn)步[A];抽水蓄能電站工程建設(shè)文集(2010)[C];2010年

3 熊濤;;宜興抽水蓄能電站水泵水輪機(jī)性能與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)[A];抽水蓄能電站工程建設(shè)文集(2010)[C];2010年

4 王煥茂;吳鋼;吳偉章;魏顯著;陳元林;黎輝;;低比速水泵水輪機(jī)駝峰區(qū)數(shù)值模擬及分析7[A];2009全國大型泵站更新改造研討暨新技術(shù)、新產(chǎn)品交流大會論文集[C];2009年

5 嚴(yán)麗;李成軍;;宜興抽水蓄能電站水泵水輪機(jī)技術(shù)和輔助設(shè)備系統(tǒng)設(shè)計(jì)[A];抽水蓄能電站工程建設(shè)文集（2009）[C];2009年

6 陳順義;李成軍;周杰;沈劍初;邱紹平;鄭應(yīng)霞;;水泵水輪機(jī)穩(wěn)定性預(yù)判和對策[A];抽水蓄能電站工程建設(shè)文集（2011）[C];2011年

7 陳順義;李成軍;周杰;沈劍初;邱紹平;鄭應(yīng)霞;;水泵水輪機(jī)穩(wěn)定性預(yù)判和對策[A];抽水蓄能電站工程建設(shè)文集2011[C];2011年

8 周忠浩;熊建平;;清遠(yuǎn)水泵水輪機(jī)蝸殼水壓試驗(yàn)和保壓澆筑技術(shù)特點(diǎn)[A];第十九次中國水電設(shè)備學(xué)術(shù)討論會論文集[C];2013年

9 鄭建興;張俊芝;曾再祥;曾維才;黃金樹;;黑麋峰水電站水泵水輪機(jī)模型驗(yàn)收試驗(yàn)及主要性能分析[A];水電設(shè)備的研究與實(shí)踐——第十七次中國水電設(shè)備學(xué)術(shù)討論會論文集[C];2009年

10 王泉龍;;抽水蓄能電站水泵水輪機(jī)設(shè)計(jì)淺析[A];抽水蓄能電站工程建設(shè)文集(2010)[C];2010年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前5條

1 楊桀彬;基于空間曲面的水泵水輪機(jī)全特性及過渡過程的研究[D];武漢大學(xué);2014年

2 孫躍昆;低比轉(zhuǎn)速水泵水輪機(jī)駝峰穩(wěn)定性及其影響因素研究[D];清華大學(xué);2016年

3 尹俊連;水泵水輪機(jī)“S”區(qū)內(nèi)流機(jī)理及優(yōu)化設(shè)計(jì)研究[D];浙江大學(xué);2012年

4 紀(jì)興英;水泵水輪機(jī)“S”特性預(yù)測方法研究[D];武漢大學(xué);2013年

5 劉錦濤;基于非線性局部時(shí)均化模型的水泵水輪機(jī)“S”區(qū)穩(wěn)定性分析[D];浙江大學(xué);2013年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 朱偉;水泵水輪機(jī)S特性形成機(jī)理的水動力學(xué)分析[D];清華大學(xué);2015年

2 姚洋陽;水泵水輪機(jī)泵工況駝峰特性流動機(jī)理數(shù)值研究[D];清華大學(xué);2015年

3 李威;水泵水輪機(jī)“S”區(qū)的瞬態(tài)特性研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2016年

4 陸杰;水泵水輪機(jī)“S”形區(qū)內(nèi)流特性研究[D];武漢大學(xué);2017年

5 韓冬冬;可逆式水泵水輪機(jī)全流道三維非定常數(shù)值模擬[D];昆明理工大學(xué);2017年

6 何曉林;水泵水輪機(jī)內(nèi)部流動及水力特性[D];華南理工大學(xué);2012年

7 舒]峰;水泵水輪機(jī)駝峰區(qū)與“S”區(qū)數(shù)值模擬研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2013年

8 劉星星;水泵水輪機(jī)過渡過程半實(shí)物仿真平臺的軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D];華中科技大學(xué);2013年

9 王煥茂;混流式水泵水輪機(jī)駝峰區(qū)數(shù)值模擬及試驗(yàn)研究[D];華中科技大學(xué);2009年

10 楊欣;水泵水輪機(jī)全特性空間曲面描述與水力過渡過程調(diào)節(jié)控制研究[D];華中科技大學(xué);2012年

，

本文編號：1731481