水泵水輪機“S”區(qū)的瞬態(tài)特性研究.pdf

1、抽水蓄能電站以水泵水輪機為中心，但由于其運轉(zhuǎn)工況非常的復(fù)雜，可能會導(dǎo)致不同工況之間在轉(zhuǎn)化過渡時很不穩(wěn)定，在某些水泵水輪機機組運行的特性曲線第一象限里中存在顯著的“S”形區(qū)，機組在部分工況引發(fā)水力不穩(wěn)定、效率低等工程難題，甚至出現(xiàn)并網(wǎng)困難，因此對“S”區(qū)內(nèi)部流動的規(guī)律和特性進行分析研究，具有重要意義。
　　本文采用CFD技術(shù)對水泵水輪機進行全流道流場的數(shù)值模擬。首先本文采用SST湍流模型和SIMPLEC算法對定開度“S”區(qū)內(nèi)最優(yōu)工況

2、、水輪機工況、飛逸工況、制動工況等多個計算點進行瞬態(tài)數(shù)值模擬，分析流場的變化規(guī)律及壓力信號；然后基于動網(wǎng)格技術(shù)，完成制動工況區(qū)內(nèi)導(dǎo)葉從小開度到大開度啟動過程的瞬態(tài)數(shù)值模擬；其次改變蝸殼入口流量進行瞬態(tài)數(shù)值模擬，分析流量連續(xù)變化過程對“S”區(qū)內(nèi)流動旋渦發(fā)展及流場特性的影響；最后進行不加空化模型和加空化模型的“S”區(qū)內(nèi)水輪機工況點瞬態(tài)數(shù)值模擬。比較單相和兩相空化湍流計算中水泵水輪機外特性和內(nèi)部流場的差異。
　　研究表明：（1）導(dǎo)葉開度

3、17mm時從最優(yōu)工況計算至制動工況，轉(zhuǎn)輪進口脫流渦和回流渦尺度越來越大，且向出口延伸，在葉片尾部形成二次流。同時在流道內(nèi)的壓力面開始產(chǎn)生回流，且發(fā)生回流的流道數(shù)增多，強度逐漸增強；（2）隨著導(dǎo)葉開度從9mm逐漸增大到37mm，無葉區(qū)空間變小，無葉區(qū)內(nèi)的大尺度旋渦向活動導(dǎo)葉局部通道內(nèi)發(fā)展；（3）導(dǎo)葉開度37mm尾水管內(nèi)由泄水錐誘導(dǎo)出的渦帶在入口大流量情況下，呈現(xiàn)泡型，當(dāng)流量繼續(xù)降低，產(chǎn)生雙渦帶和三渦帶；（4）導(dǎo)葉開度37mm空化計算結(jié)果中