收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

中比转速混流式水轮机内流场数值模拟及性能改善研究

肖若富  
【摘要】:效率、空化性能及稳定性是混流式水轮机的三大综合性能指标,也是我们研究的重点。水力机械内部流场的CFD数值解析是我们研究混流式水轮机性能指标的重要工具,它可以通过对水轮机各过流部件内部流动稳定场及非稳定场的详细解析,了解过流部件内部的综合特性,为研究水轮机水力性能及稳定性提供理论基础。长期以来,人们一直在寻找有效的高精度的计算方法以及合适的湍流模式等,使其能够准确的分析及预测混流式水轮机组在较大运行范围内的能量特性、空蚀性能及水力稳定性,从而最大限度的减少模型试验费用及时间。 本文首先介绍了与水力机械CFD解析有关的若干理论问题,着重比较了各种湍流模式的优缺点及在水力机械CFD解析中的适用性;其次通过“部分耦合”的方法解析了某中比转速混流式水轮机真机在不同工况下的稳定场,全面的分析了各过流部件内的流动特性以及其能量特性,并与模型试验的数据进行比较分析;对该水轮机空化性能进行研究,分析该水轮机转轮叶片空化的原因,提出改善叶片空化性能的修型方案,并对修型前后转轮的空化性能进行比较,取得了较好的实际效果。 随着水力机械CFD解析技术的发展,人们对于混流式水轮机过流部件中主流的内流特性的了解正日益加深,而对于转轮与静止壁面之间上下迷宫环间隙内的流动以及其引起的流量损失和动力损失的认识还停留在经验公式上。本文首次通过对主流与间隙流的整体解析,详细的分析了混流式水轮机上下迷宫环间隙的内部流动情况,着重分析了上下迷宫环中能量损失的分布以及上下迷宫环间隙引起的流量损失及动力损失,并讨论了不同间隙形状对于流量损失及动力损失的影响;在此基础上,深入的对混流式水轮机中包括能量效率、流量效率及动力效率的综合水力效率进行详细分析,并与模型试验数据进行比较;最后,进一步分析了间隙流与主流之间的干涉作用,重点的分析了下环间隙出口流动对于尾水管内的水力性能的影响。 另一方面,随着机组容量和尺寸的逐步增大,水轮机比转速不断提高,人们对于混流式水轮机的运行稳定性日益重视,这使得水轮机内部非定常流场解析十分必要。作为中比转速的混流式水轮机,尾水管内部螺旋形涡带所产生的压力脉动是造成这类 WP=5 机组振动的最主要根源。但由于尾水管内流动是强三维、非定常、非线性的粘性流动,当涡核在尾水管内形成空化空腔时,它还是两相流。因此要对尾水管内的流态进行准确的数值模拟是十分困难的。此外,关于尾水管涡带的形成机理,目前尚存在不同看法。本文中作者应用最小能量损失原理及自由剪切层的拟序结构对于尾水管内死水区及螺旋形涡带的形成机理进行分析,提出尾水管中锥形自由剪切层之间的大涡结构是形成尾水管内螺旋形涡带的根本原因。本文中还详细的讨论了各种湍流模式在尾水管内部流动非定常数值解析中的适用性,并利用微分雷诺应力模式对尾水管内部流动进行非定常解析,验证了尾水管中螺旋形涡带形成的机理。最后通过对不同工况下的尾水管内部流动的解析,详细的分析了不同工况下尾水管内螺旋形涡带的运动规律及其引起的压力脉动。 随着水电工程建设的高速发展,机组运行的自动化程度越来越高,无人值班、无人值守,远程控制的水电厂日益增多,对机组运行稳定性的要求日趋严格。本文基于对混流式水轮机稳定性的机理研究,以工程实际为背景开发了一套大型水力发电机组振动监测系统。本文首先详细的介绍了该振动监测系统的硬件及软件系统的总体结构,以及传感器的布点位置;然后,着重的比较了基于小波包分析的现代频谱分析方法和基于FFT传统频谱分析方法在提取混流式水轮机弱故障信号中的应用;最后通过在水电厂实际水电机组上对该系统进行安装调试,对其典型工况下的振动情况进行分析。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 石祥钟,王治昆,赵林明;混流水轮机尾水管压力脉动近似分析方法(续)[J];河北水利水电技术;2000年04期
2 朱植楷;建設水輪泵站一条多快好省的途径——介紹广东省湛江专区建設水輪泵站采用預制构件的經驗[J];水利水电技术;1965年02期
3 林琳;水轮机长尾水管出口测流方法的研究[J];华东电力;1995年08期
4 欧阳建国;尾水管斜向断面计算与绘图[J];红水河;1996年02期
5 王嘉禄;大峡水电站尾水管肘管段模板制作[J];水力发电;1997年02期
6 龚守志,黄凌;水轮机尾水管内的涡带压力脉动与环形管测压方法[J];水力发电学报;1985年02期
7 房有禄,齐占东,刘道维;龙头桥水库电站工程采用三仪定位法进行尾水管施工[J];黑龙江水利科技;2001年02期
8 张辉;安康水电厂尾水管汽蚀破坏原因分析及处理[J];西北电力技术;2001年02期
9 魏立华;回龙水泵水轮机尾水管的结构设计[J];通用机械;2003年02期
10 于生波;徐智桓;陈雷;;江口水电站尾水管结构设计[J];东北水利水电;2007年01期
11 虢强;潘秀玲;;浅谈喀腊塑克水电站尾水管安装[J];科技信息;2009年29期
12 肖英;木軸旋槳式水輪机的改進[J];水力发电;1958年07期
13 夏念凌;水电站尾水閘门的防漏[J];水力发电;1958年17期
14 马树勋,干城;刘家峡水电站尾水管上弯段预制模板的设计与施工[J];水力发电;1981年10期
15 阮国仲;;东方红水轮泵站工程的改造挖潜[J];机电技术;1985年01期
16 杨建明,刘文俊,吴玉林;用大涡模拟方法计算尾水管内非定常周期性湍流[J];水利学报;2001年08期
17 雷军,夏勇,陈家远;尾水管水击与尾水调压室涌波联合求解的几种方法[J];水电站设计;2002年01期
18 张双全,薛福文,刘志辉,戴勇峰;尾水管动态计算湍流模式的选择[J];水电能源科学;2005年02期
19 彭正洪;杨建东;;基于二维CAD图形的水电站尾水管三维重构[J];武汉大学学报(工学版);2007年04期
20 孔宪志;;初步设计阶段中水轮发电机组的调节保证计算的简化[J];人民长江;1958年06期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 闫志国;王威;;葛洲坝电厂水轮机增容改造参数选择[A];第十六次中国水电设备学术讨论会论文集[C];2007年
2 蒋登云;孙文彬;;金沙江溪洛渡水电站水轮机参数选择分析[A];2003年大型水电机组技术研讨会论文集[C];2003年
3 李国元;;水轮机标准型尾水管全三维流动分析[A];加入WTO和中国科技与可持续发展——挑战与机遇、责任和对策(上册)[C];2002年
4 喻忻;刘旗;;江坪河水电站水轮机参数选择[A];水电设备的研究与实践——第十七次中国水电设备学术讨论会论文集[C];2009年
5 刘德有;索丽生;;抽水蓄能机组尾水管涡带气团溃灭抬机力分析[A];科技、工程与经济社会协调发展——中国科协第五届青年学术年会论文集[C];2004年
6 陈绍钢;;仙游抽水蓄能电站水泵水轮机初步选择[A];抽水蓄能电站建设经验技术交流会论文集[C];2002年
7 伍晓芳;闭贵宁;粱玉福;;大型混流式水轮机尾水管振动数值模拟及应用[A];广西电机工程学会第九届青年学术论坛论文集[C];2006年
8 陈柳;于纪幸;姜明利;任绍成;;尾水管扩散段长度及出口宽度对其回能系数的影响[A];水电设备的研究与实践——第十七次中国水电设备学术讨论会论文集[C];2009年
9 陈辉春;;龙滩水电站尾水管闸门及启闭机的布置与设计[A];水工机械技术2008年论文集[C];2007年
10 魏述和;张燎军;闫毅志;;基于流固耦合数值方法的尾水涡带诱发尾水管振动分析[A];现代水利水电工程抗震防灾研究与进展[C];2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 肖若富;中比转速混流式水轮机内流场数值模拟及性能改善研究[D];华中科技大学;2004年
2 张双全;大型混流式水轮机水力稳定性研究[D];华中科技大学;2008年
3 郑小波;水轮机过流部件的优化设计和振动特性分析[D];西安理工大学;2006年
4 秦亮;双排机水电站厂房结构动力分析与识别[D];天津大学;2005年
5 王海军;水电站厂房组合结构分析与动态识别[D];天津大学;2005年
6 倪永燕;离心泵非定常湍流场计算及流体诱导振动研究[D];江苏大学;2008年
7 杨敬江;轴流泵水力模型设计方法与数值模拟研究[D];江苏大学;2008年
8 郭鹏程;水力机械内部复杂流动的数值研究与性能预测[D];西安理工大学;2006年
9 韩志勇;电力系统机网动态安全稳定的研究[D];华北电力大学(北京);2009年
10 辛喆;混流式水轮机全部通流元件的三维湍流流场分析与性能预测[D];中国农业大学;2005年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 李贤锋;尾水管非定常周期性紊流及CFD的应用[D];广西大学;2002年
2 苑连军;大型混流式水轮机参数选择研究[D];西安理工大学;2002年
3 邓万权;基于PIV技术的水轮机尾水管内流动的试验研究[D];西华大学;2006年
4 杨新伟;乌江构皮滩水电站水轮机稳定性问题研究[D];西安理工大学;2006年
5 何芳;混流式水轮机转轮结构及优化设计[D];南昌大学;2008年
6 张成波;丹江口扩机尾水管三维流场仿真计算研究[D];武汉大学;2005年
7 胡杰;青铜峡水电站尾水管中墩改造结构模型试验与计算研究[D];天津大学;2004年
8 曲洋;轴伸贯流式水轮机尾水管三维流场的数值模拟[D];河海大学;2007年
9 王钊宁;混流式水轮机尾水管涡带非定常流动数值模拟[D];西安理工大学;2006年
10 杨跃东;百花滩电站3~#机组尾水管开裂影响研究[D];四川大学;2006年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 赵进发;永昌铅锌公司采选厂尾水实现零排放[N];中国有色金属报;2006年
2 木林;水轮机通流部件的安装[N];中国电力报;2004年
3 天津水泥工业设计研究院 王涤东;影响管磨机性能的相关因素[N];中国建材报;2005年
4 乔建平 庞卡 聂跃松 张宏;黑麋峰上鏖战急[N];湖南日报;2006年
5 ;合力共建标志性工程[N];中国水利报;2005年
6 本报记者 程长春 本报通讯员 李凤之;“我们把1.6亿元‘政绩’埋到了地下”[N];新华日报;2009年
7 张仁田;“立式轴流泵及装置研制”取得阶段成果[N];中国水利报;2004年
8 成语;通过计算机仿真提高水轮机效率[N];中国水利报;2003年
9 张士杰;东线工程泵组选型的几个特殊问题 (上)[N];中国水利报;2003年
10 王繁泓;以特色为本 靠优势立业[N];中国化工报;2002年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978