关于cfd在水电厂进水蝶阀动水关闭仿真中的应用

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1、小水电2014年第3期(总第177期)技术交流CFD在水电厂进水蝶阀动水关闭仿真中的应用许洪文王义国(广东粤电南水发电有限责任公司广东韶关512700)付亮(湖南省电力公司科学研究院湖南长沙410007)【摘要】采用计算流体力学(CFD)法对南水水电厂蝶阀过流特性进行分析，并将CFD计算结果作为蝶阀边界条件引入到了蝶阈动水关闭的过渡过程计算，然后对蝶阀动水关闭试验与仿真计算结果进行对比分析，实测结果与仿真结果吻合，验证了仿真模型及计算方法的正确性。图l4幅，表2个。【关键词】进水蝶阀过渡过程数值分析CFD而且老电厂一般缺少蝶阀过流试验数据，

2、无法准确1研究背景建立机组甩负荷蝶阀关闭过渡过程计算模型。对于设有进水蝶阀的水电站，蝶阀是机组最重2工程概况要的过速保护之一⋯1，机组在运行过程中一旦出现甩负荷调速机构失灵的情况，蝶阀必须可靠动水关南水水电厂位于广东省韶关市乳源县县城西闭，以保障设备的安全。为保证水电厂机组的安全侧，共设有3台混流式水轮发电机组，其引水系统运行，需要开展蝶阀关闭的过渡过程计算，分析蝶采用“一洞三机”的形式，引水隧洞长约4krn，洞阀动水关闭过程下流道内的压力变化过程。要准确径5．5m，设有带下室的圆筒阻抗式上游调压井，其地对蝶阀关闭过渡过程进行仿真分析，需要

3、明确蝶中下室底板高程7182．0m，阻抗孔直径4．8m，大井阀在不同开度下的过流特性。目前对蝶阀过流特性直径9．5m(见表1)。的研究往往采用试验的方法，但是试验成本较大，表1设备主要参数3蝶阀过流特性分析3．1控制方程收稿日期：2014—01—20选择流动模型为单相流体的不可压缩三维粘性作者简介：许洪文(1971一)，男，工程师，主要从事水电流动，采用不可压缩流动的雷诺方程组与

4、i}一￡紊厂机械设备维护及检修工作。流模型构成封闭的方程组来求解[。Email：89287803@qq．corn·9·技术交流墨LHYDROPOWER2014No

5、3．TotalNol77中取0=2，再采用如图l0所示的流量系数特性进行计算求解。tX图1O蝶阀流量系数计算结果图11带插值的特征网格4蝶阀动水关闭过渡过程分析■肇4．1仿真数学模型；／1)引水系统数学模型／，-●，，●／引水系统采用特征线法求解有压输水系统连续／／'l／／~Il^／／／／，，j、J＼f

6、I

7、l性方程和运动方程【3J(见图11)。水库边界考虑到

8、Ii，／，／l／进口损失和进口速度头相对于电站水头小得多，可(lflf，l／／以忽略不计，则水库边界H。=const。调压井边界㈡’／／／／,／基本方程为连续性方程、能量方程和调压室

9、水位变．{／

10、、{；化方程，可联立流道特征线方程求解_3_。2)水轮机数学模型水轮机特性采用HLA497模型综合特性曲线描图12HI．JM97水轮机综合特性曲线述(见图12)。在过渡过程计算中，将模型综合特4．2仿真与实测结果对比性曲线转换为单位流量与单位力矩的变化曲线，联为论证蝶阀动水关闭能力，2011年12月电厂立引水系统特征线方程进行求解_3_。组织相关单位开展了机组进水蝶阀的动水关闭试3)蝶阀过流数学模型验，试验前机组分别在10MW、17MW负荷工况点采用式(5)联立特征线方程进行求解，计算稳定运行(见表2)。表2蝶阀动水关闭试验条

11、件蝶阀动水关闭的仿真计算与试验结果对比如下所示(见图l3、图l4)：·l2·小水电2014年第3期(总第177期)技术交流—田*Ⅱ根睿如加∞∞∞∞O3们加∞∞印∞0、-一目楹屡时间(s)图13机组10MW工况蜗壳及蝶阀进口水压试验及仿真结果对比128126124、、_，Ⅱj盂根屡蜜1141l211060．0080．00100．00120．O0140．0050．00100．00150．00200．O0250．00300．O0时间(S)时间(S)图14机组17MW工况蜗壳及蝶阀进口水压试验及仿真结果对比通过仿真与实测结果对比可知：蝶阀关闭初始过

12、程仿真计算，建立了引水系统、水轮机、蝶阀过时刻及中间时刻蜗壳进口压力仿真结果与试验结果渡过程仿真模型，开展了蝶阀动水关闭的过渡过程十分吻合，而蝶阀关闭末仿真结果与试验结果有一仿真计算；并将计算结果与蝶阀动水关闭的实测结定的差异，主要原因是蝶阀关闭末为避免机组进相果进行了对比。研究结果表明：仿真结果与实测结运行导叶也开始关闭，而在仿真计算中未考虑导叶果一致，说明了本文所采用数学模型及计算方法的关闭对蜗壳进口压力的影响。蝶阀前压力变化过程正确性。主要受调压室涌浪的影响，仿真得到的压力变化过程的波动周期、幅值均与实测结果接近。因此对于参考文献：引

13、水系统的压力变化过程无论是极值还是变化趋⋯1GB／T14478_93，大中型水轮机进水阀门基本技术条势，仿真结果与实测结果均较为接近。[2]兰．计算流体动力学分析——cFD软件原