混流式水泵水輪機(jī)駝峰區(qū)非定常流動(dòng)特性研究.pdf

1、混流式水泵水輪機(jī)在現(xiàn)實(shí)運(yùn)行中需要頻繁的啟動(dòng)、停機(jī)、事故甩負(fù)荷、緊急事故停機(jī)、大波動(dòng)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(dòng)處于極其惡劣的湍流流動(dòng)，與常規(guī)的水輪機(jī)和水泵相比，混流式水泵水輪機(jī)自身存在水泵駝峰區(qū)不穩(wěn)定的區(qū)域。機(jī)組在泵工況駝峰區(qū)運(yùn)行過(guò)程中，會(huì)導(dǎo)致機(jī)組強(qiáng)烈振動(dòng)，甚至引發(fā)機(jī)組強(qiáng)烈破壞。駝峰區(qū)不穩(wěn)定性是目前影響機(jī)組安全運(yùn)行的重要問(wèn)題，并且流道的湍流結(jié)構(gòu)相對(duì)于常規(guī)的水輪機(jī)和水泵工況，要同時(shí)兼顧水輪機(jī)和水泵工況的特點(diǎn)

2、，流場(chǎng)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(jī)與水泵單向流道中的湍流問(wèn)題。因此，通過(guò)試驗(yàn)研究和數(shù)值計(jì)算，研究水泵水輪機(jī)駝峰區(qū)的內(nèi)流機(jī)理，分析其內(nèi)部流動(dòng)特性，改善運(yùn)行曲線、一定程度消除不穩(wěn)定性具有重要意義。
　　本文對(duì)模型混流式水泵水輪機(jī)內(nèi)部流場(chǎng)進(jìn)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(dòng)機(jī)理，研究了駝峰區(qū)的流場(chǎng)特性和壓力脈動(dòng)特性。研究?jī)?nèi)容如下：
　　1.對(duì)活動(dòng)導(dǎo)葉開(kāi)度為21mm時(shí)混流式水泵水輪機(jī)泵

3、工況進(jìn)行全流道數(shù)值計(jì)算，獲得外特性曲線，將數(shù)值計(jì)算結(jié)果與模型試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，討論數(shù)值計(jì)算方法的可靠性和可行性；根據(jù)非定常計(jì)算結(jié)果得到駝峰區(qū)內(nèi)四個(gè)特征工況點(diǎn)的流場(chǎng)信息，包括顯示中間斷面和子午面上靜壓、流速、流線和湍動(dòng)能等參數(shù)的分布規(guī)律，詳細(xì)探討了模型水泵水輪機(jī)在四個(gè)工況下內(nèi)部流場(chǎng)的流動(dòng)特性，分析了內(nèi)部流動(dòng)結(jié)構(gòu)對(duì)外特性的影響，揭示了水泵水輪機(jī)泵工況駝峰區(qū)的
　　。
　　2.檢測(cè)駝峰區(qū)四個(gè)工況點(diǎn)下混流式水泵水輪機(jī)內(nèi)部各流動(dòng)域

4、的壓力脈動(dòng)，采集壓力信號(hào)，運(yùn)用快速傅里葉變換對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，得到各個(gè)工況點(diǎn)脈動(dòng)頻域和時(shí)域特性，結(jié)合內(nèi)部流動(dòng)特征對(duì)各流動(dòng)域進(jìn)行壓力脈動(dòng)分析。
　　研究結(jié)果表明：混流式水泵水輪機(jī)泵工況進(jìn)入“駝峰區(qū)”時(shí)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(dòng)分離、漩渦現(xiàn)象；雙列葉柵內(nèi)固定導(dǎo)葉、活動(dòng)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