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水泵水轮机“S”特性及迟滞效应机理研究

姚全文  
【摘要】:“十三五”规划指出要加快建设抽水蓄能电站,水泵水轮机机组被广泛应用。然而,水泵水轮机运行十分复杂,需要在不同工况之间来回切换,存在两个特殊的不稳定区域:驼峰区和“S”区。近来,有学者发现驼峰区和“S”区常常伴随着迟滞效应,迟滞效应的存在大大增大了水泵水轮机不稳定运行区域,严重影响机组的安全稳定运行。国内外很多学者已经着手研究驼峰特性及其伴随的迟滞效应,但对于“S”特性机理研究尚不清晰,没有统一的解释,对其伴随的迟滞效应的研究更是寥寥无几。鉴于此,本文就水泵水轮机“S”特性及其迟滞效应进行数值研究,主要内容如下:(1)定常计算研究“S”区流动机理,对“S”区典型工况点水轮机工况、水轮机制动工况、零流量工况、反水泵工况进行内部流动特性研究,探索全部过流部件的流场特征和流动演化规律,揭示水泵水轮机“S”特性内在机理,初步解释“S”区形成原因;(2)非定常计算研究上述四个典型工况点的压力脉动特性。先对其进行整体研究,然后针对水轮机工况展开详细分析,确定压力脉动基本特征频率、频率来源以及全流道压力脉动传播规律,并对不同部件测点压力脉动频率进行相干性分析;(3)分别采用稳态和瞬态研究方法验证迟滞现象的存在,并通过提取流线、速度矢量、涡核、熵产率等对迟滞效应流动机理、形成原因、熵产损失等进行探究,并通过傅里叶变换对同一工况不同流量方向上的压力脉动进行对比分析,为研究水泵水轮机“S”特性迟滞效应提供参考依据;(4)对水泵水轮机“S”特性及其迟滞效应水力损失进行研究,首先采用压差方法确定产生损失的主要部件,然后利用熵产理论精准确定其损失来源和具体位置,为水泵水轮机“S”特性及其迟滞效应的改善与消除提供参考,尤其是水力设计方面。


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