泵工況下水泵水輪機(jī)空化流動(dòng)特性研究.pdf

1、可逆式水泵水輪機(jī)是抽水蓄能電站最核心的組成部分，而且逐漸向高水頭、高轉(zhuǎn)速、大容量的方向發(fā)展，其運(yùn)行的穩(wěn)定性問(wèn)題長(zhǎng)期以來(lái)一直受到研究者的關(guān)注。目前大多數(shù)可逆式水泵水輪機(jī)具有較高的轉(zhuǎn)速和水頭且啟動(dòng)、停機(jī)頻繁，機(jī)組在實(shí)際運(yùn)行中一直處于多變的流動(dòng)條件下，其內(nèi)部流動(dòng)變的更為復(fù)雜和特殊，從而使得研究水泵水輪機(jī)的穩(wěn)定性和可靠性等問(wèn)題更加有必要。由水泵水輪機(jī)模型試驗(yàn)和抽水蓄能電站運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)可知，在偏離最優(yōu)設(shè)計(jì)工況時(shí)機(jī)組會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)、噪聲、壓力脈動(dòng)、空化空

2、蝕等問(wèn)題。空化的發(fā)生不僅會(huì)使機(jī)組的水力性能下降、產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)對(duì)過(guò)流部件產(chǎn)生空蝕破壞，導(dǎo)致機(jī)組運(yùn)行壽命嚴(yán)重縮短。能否保證機(jī)組具有良好的空化性能已成為衡量可逆式水泵水輪機(jī)設(shè)計(jì)制造水平的主要依據(jù)。因此，對(duì)水泵水輪機(jī)空化空蝕問(wèn)題的研究，預(yù)測(cè)其發(fā)生的規(guī)律并提出相應(yīng)的改良措施和確定合理的運(yùn)行條件，對(duì)保證機(jī)組穩(wěn)定安全運(yùn)行具有極其重要的意義。本文以國(guó)內(nèi)某抽水蓄能電站水泵水輪機(jī)模型為研究對(duì)象，采用CFD方法并結(jié)合相關(guān)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過(guò)水泵水輪

3、機(jī)全流道的非定常壓力場(chǎng)計(jì)算，重點(diǎn)分析不同空化系數(shù)下葉片上的空泡分布以及表面受力情況。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行全流道三維幾何建模，并對(duì)各過(guò)流區(qū)域分別劃分計(jì)算網(wǎng)格并驗(yàn)證網(wǎng)格的無(wú)關(guān)性，選定合理的湍流模型、空化模型和邊界條件，借助 CFD計(jì)算軟件對(duì)其進(jìn)行全流道數(shù)值模擬計(jì)算。⑵對(duì)泵工況的水泵水輪機(jī)在不同空化系數(shù)下進(jìn)行多工況數(shù)值模擬，并參照模型機(jī)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，驗(yàn)證計(jì)算方案的可行性；分析了不同空化系數(shù)下轉(zhuǎn)輪-固定導(dǎo)葉區(qū)