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预开导叶下水泵水轮机S特性及其压力脉动分析
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水轮机流量调节的方式有（)。A.改变导水机构高度，采用插板式导水机构B.改变导叶出口水流角，采
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水轮机流量调节的方式有()。A.改变导水机构高度，采用插板式导水机构B.改变导叶出口水流角，采用导叶式导水机构C.改变叶片安放角，采用调桨式机构D.同时调节导叶出口角与叶片角度，即双调水轮机
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1水轮机导水机构的作用有( )。A.调节水轮机的流量B.改变转轮进口水流的环量C.改变转轮进口水流的方向D.截断水流2水轮机模型和原型相似换算时，对水轮机效率进行修正的主要原因是模型水轮机和原型水轮机不能保证完全的( )。A.几何相似B.力学相似3若竖直桩基下存在软弱下卧层，在竖向荷载作用下，其承载力极限状态由下列( )确定。A.桩基发生整体失稳B.Q-3曲线出现陡降段C.已发生不适于继续承载的变形D.荷载引起的沉降导致建筑物开裂E.桩身在地下水环境中的耐腐蚀性4在下列各种措施中，( )措施对提高单桩水平承载力是有效的。A.无限地增加桩的人士深度B.增加桩身刚度C.改良加固桩侧表层土(3～4倍桩径范围内)的土性D.桩顶与承台间采用铰接E.适当增加桩身配筋
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确认密码：低比转速混流式水泵水轮机非同步导叶流动稳定性研究--《兰州理工大学》2013年硕士论文
低比转速混流式水泵水轮机非同步导叶流动稳定性研究
【摘要】：当今,工业用电需求逐步增大、电网容量不断提高。在这样双重压力之下促使巨型火电以及核电高速发展。然而由于巨型火电与核电机组不宜在变负荷和低负荷条件下运行,建设抽水蓄能电站对电网进行削峰填谷就成为了维护电网稳定性、提高电能质量的最优解决方案,因此抽水蓄能电站的建设具有其难以替代的必要性。
然而抽水蓄能电站中核心设备水泵水轮机由于运行工况复杂多变,导致其稳定性差。尤其是在水轮机工况下的“S”特性区内,转轮流道内部流动状态复杂,最终导致水泵水轮机在水轮机工况低水头启动并网时发生困难。当前为解决此类问题所采取的最主要的方法是采用两个或多个对称导叶预开启的方式以增加流量,从而提高启动稳定性。但是这种预开导叶的方法破坏了转轮室的水力平衡,导致机组的噪声与振动明显增加,且对非同步开启的导叶的强度也有了更高的要求。因此,对非同步导叶投入时“S”形区附近工况点双列叶栅及转轮通道内流动状态的研究具有重要意义。虽然国内外学者进行了相应的研究工作,但是早期的研究主要以模型试验或真机测试为主,而近些年基于计算流体力学的分析往往因为网格数量没能达到计算要求,或者单流道计算不能反映出整个流道内的流动状态,从而没能取得理想的仿真结果。
针对以上问题,本文选择四种不同导叶开启方案进行研究,先后对国内某抽水蓄能电站低比转速混流式模型水泵水轮机进行几何建模、划分全流道结构化网格、并借助计算流体力学软件CFX进行全流道数值模拟。模拟选用能够更好捕捉流动分离细节的分离涡湍流方法(Detached eddy simulation method,即DES)进行计算,进一步探索水泵水轮机在“S”形区域的内特性与外特性,得到不同工况下主要流道内部的流动分离及压力脉动情况,并将所得到的内部流动特性同理论分析结果进行对比分析,外特性同实验结果对比,计算结果表明：
1)通过控制壁面Y+值可以达到DES湍流方法直接求解壁面区域的目的,使计算结果可以达到很好的精度,转轮流道内流场的计算结果与理论分析结果相吻合,外特性与实验值相吻合,仿真计算误差小于3%;
2)随着流量不断减小,转轮进口流动分离现象逐渐增强,最终发展成漩涡对流道造成堵塞,堵塞还将引发转轮与双列叶栅之间的相互作用,导致整个流道内大规模流动不稳定性的产生,数值模拟结果同基于速度三角形的理论分析相吻合。
3)通过非同步导叶在三种不同开启位置工况下水轮机工况下流量特性研究可以得出非同步导叶的使用基本消除“S”形区的结论；内特性研究表明非同步导叶的使用将导致转轮内形成两高速流通道,致使转轮内受力不平衡。
4)综合对比瞬态流动状态以及压力脉动情况,得到在GV6#、GV16#处预开非同步导叶对解决“S”特性问题比较有利。
【关键词】：
【学位授予单位】：兰州理工大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2013【分类号】：TV734.1;TV136【目录】：
摘要9-11Abstract11-13第1章 绪论13-19 1.1 背景及研究意义13-14
1.1.1 我国抽水蓄能电站建设进入新的阶段13
1.1.2 抽水蓄能电站存在的问题13-14 1.2 国内外研究现状14-18
1.2.1 国外研究现状15-16
1.2.2 国内研究现状16-18 1.3 研究方法和内容18-19第2章 数值计算理论与方法19-27 2.1 流动控制方程20-21 2.2 控制方程的离散与求解21-23
2.2.1 控制方程的离散22
2.2.2 求解方法22-23 2.3 湍流数值模拟方法23-25
2.3.1 k-ω湍流方程23
2.3.2 SST k-ω湍流方程23-24
2.3.3 分离涡湍流方法(DES)24-25 2.4 近壁区处理25-26 2.5 本章小结26-27第3章 水泵水轮机全流道几何模型建立与网格划分27-38 3.1 引言27 3.2 计算模型建立27-31 3.3 网格划分31-37
3.3.1 流道结构化网格划分31-35
3.3.2 网格无关性35-37 3.4 本章小结37-38第4章 水泵水轮机全流道数值模拟38-58 4.1 工况点选择38-39 4.2 边界条件及收敛标准39-40
4.2.1 边界条件39-40
4.2.2 收敛标准40 4.3 水轮机工况全特性曲线分析40-42 4.4 不同流量工况流动状态分析42-48
4.4.1 同步导叶方案42-45
4.4.2 非同步导叶方案45-48 4.5 局部流动状态分析48-51
4.5.1 同步导叶方案48-49
4.5.2 非同步导叶方案49-51 4.6 速度三角形理论51-52 4.7 不同方案瞬态流动分析52-57
4.7.1 蜗壳及固定导叶流道瞬态流动分析53-55
4.7.2 活动导叶及转轮流道瞬态流动分析55-57
4.7.3 尾水管流道瞬态流动分析57 4.8 本章小结57-58第5章 压力脉动分析58-68 5.1 蜗壳进口压力脉动分析59-60 5.2 活动导叶流道压力脉动分析60-63 5.3 转轮流道压力脉动分析63-66 5.4 尾水管压力脉动分析66-67 5.5 本章小结67-68总结及展望68-70参考文献70-73致谢73-74附录A 攻读硕士期间发表的论文74-75附录B 蜗壳及固定导叶压力瞬态分布图75-76附录C 蜗壳及固定导叶速度矢量瞬态分布图76-77附录D 活动导叶及转轮流道压力瞬态分布图77-78附录E 活动导叶及转轮流道速度矢量瞬态分布图78-79附录F 尾水管压力及低压涡带瞬态分布图79
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