混流式水泵水輪機駝峰區(qū)非定常流動特性研究.pdf

1、混流式水泵水輪機在現(xiàn)實運行中需要頻繁的啟動、停機、事故甩負(fù)荷、緊急事故停機、大波動的增減負(fù)荷以及發(fā)電轉(zhuǎn)調(diào)相等一系列大幅度的工況變遷，其內(nèi)部流動處于極其惡劣的湍流流動，與常規(guī)的水輪機和水泵相比，混流式水泵水輪機自身存在水泵駝峰區(qū)不穩(wěn)定的區(qū)域。機組在泵工況駝峰區(qū)運行過程中，會導(dǎo)致機組強烈振動，甚至引發(fā)機組強烈破壞。駝峰區(qū)不穩(wěn)定性是目前影響機組安全運行的重要問題，并且流道的湍流結(jié)構(gòu)相對于常規(guī)的水輪機和水泵工況，要同時兼顧水輪機和水泵工況的特點

2、，流場具有雙向復(fù)雜旋轉(zhuǎn)邊界條件，其研究難度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于常規(guī)的水輪機與水泵單向流道中的湍流問題。因此，通過試驗研究和數(shù)值計算，研究水泵水輪機駝峰區(qū)的內(nèi)流機理，分析其內(nèi)部流動特性，改善運行曲線、一定程度消除不穩(wěn)定性具有重要意義。
　　本文對模型混流式水泵水輪機內(nèi)部流場進行了非定常數(shù)值模擬，探討分析了泵工況駝峰區(qū)的內(nèi)部流動機理，研究了駝峰區(qū)的流場特性和壓力脈動特性。研究內(nèi)容如下：
　　1.對活動導(dǎo)葉開度為21mm時混流式水泵水輪機泵

3、工況進行全流道數(shù)值計算，獲得外特性曲線，將數(shù)值計算結(jié)果與模型試驗結(jié)果進行對比分析，討論數(shù)值計算方法的可靠性和可行性；根據(jù)非定常計算結(jié)果得到駝峰區(qū)內(nèi)四個特征工況點的流場信息，包括顯示中間斷面和子午面上靜壓、流速、流線和湍動能等參數(shù)的分布規(guī)律，詳細(xì)探討了模型水泵水輪機在四個工況下內(nèi)部流場的流動特性，分析了內(nèi)部流動結(jié)構(gòu)對外特性的影響，揭示了水泵水輪機泵工況駝峰區(qū)的
　　。
　　2.檢測駝峰區(qū)四個工況點下混流式水泵水輪機內(nèi)部各流動域

4、的壓力脈動，采集壓力信號，運用快速傅里葉變換對信號進行處理，得到各個工況點脈動頻域和時域特性，結(jié)合內(nèi)部流動特征對各流動域進行壓力脈動分析。
　　研究結(jié)果表明：混流式水泵水輪機泵工況進入“駝峰區(qū)”時介質(zhì)流入的流量減小，沖角增大，軸面速度變小，流體射向葉片的背面，在葉片工作面上出現(xiàn)流動分離、漩渦現(xiàn)象；雙列葉柵內(nèi)固定導(dǎo)葉、活動導(dǎo)葉的壓力面及吸力面逐漸被低速區(qū)流體包圍,這些低速流體形成漩渦阻塞了流道，能量損失變大，速度能轉(zhuǎn)換成壓力能效率降