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基于动网格和MOC-CFD耦合方法的水泵水轮机组全流道流场仿真

段然  
【摘要】:随着人们对电力系统稳定性的要求愈来愈高,抽水蓄能电站以其调峰填谷、调频调相,以及处置电网紧急事故的能力,成为我国电网不可缺少的重要组成部分。而抽水蓄能机组较常规水电站而言,具有更为复杂的运行状态,工况转换也更加频繁,同时水泵水轮机全特性曲线上“S”区域和“驼峰”区域的存在使抽蓄机组的流动状态非常复杂。这对抽蓄电站的安全稳定运行提出了严峻的考验,也给抽蓄机组过渡过程的仿真带来了极大的困难。目前广泛采用的过渡过程计算方法包括特征线法和CFD方法,两种方法都具有一定的局限性。本文将两者结合,实现了MOC-CFD耦合仿真。并运用该方法对某抽水蓄能电站水泵断电过渡过程进行了研究,主要内容和成果如下:第一,建立了水泵水轮机组三维物理模型,然后运用动网格技术以模拟导叶关闭规律,利用profile文件以定义机组进出口动态边界条件,进行了基于现场实测数据的水泵断电工况CFD瞬态仿真。计算结果与实测数据相吻合。并在此基础上详细分析了机组过流系统内部流动状态在水泵稳态、正转正流、正转逆流、反转逆流四个阶段的演变过程。结果表明,水泵断电工况下,正转逆流阶段叶片工作面以及反转逆流阶段活动导叶内外侧过大的压强差对机组过流部件结构安全威胁最大。第二,采用MOC方法模拟抽蓄电站引水管路系统,采用CFD方法仿真机组内部流动状态,着重解决了耦合边界上数据的实时交流,模拟了该电站加装快关阀后缺乏实测数据情况下的水泵断电过程。结果表明,加装快关阀能够有效降低机组的反转转速,并降低在正转逆流阶段叶片工作面上的压力差。同时,加快导叶关闭速率会使尾水管和蜗壳内的压力波动更加剧烈,使蜗壳内的压力上升,而且加大反转逆流阶段活动导叶内外侧的压力差。


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