水泵水轮机泵工况导叶动态数值模拟分析

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1、硕士学位论文水泵水轮机泵工况导叶动态数值模拟分析NUMERICALSIMULATIONRESEARCHONPUMP-TURBINEDURINGDYNAMICPROCESSOFGUIDEVANE高云海哈尔滨工业大学2015年7月国内图书分类号：TK733.1学校代码：10213国际图书分类号：621密级：公开工程硕士学位论文水泵水轮机泵工况导叶动态数值模拟分析硕士研究生：高云海导师：王洪杰教授覃大清研究员级高工申请学位：工程硕士学科：动力工程所在单位：能源科学与工程学院答辩日期：2015年7月授予学位单位：哈尔

2、滨工业大学ClassifiedIndex:TK733.1U.D.C:621DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringNUMERICALSIMULATIONRESEARCHONPUMP-TURBINEDURINGDYNAMICPROCESSOFGUIDEVANECandidate：GaoYunhaiSupervisor：Prof.WangHongjieSNENGR.QindaqingAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineerin

3、gSpeciality：PowerEngineeringAffiliation：SchoolofEnergyScienceandEngineeringDateofDefence：June,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学硕士学位论文摘要随着社会的发展，人们对于电力需求的不断增大，为了能够更加高效合理的利用清洁能源，兼具发电和蓄能作用的水泵水轮机起到了十分重要的作用，其在变换工况过程中出现的不稳定现象，将严重

4、影响机组的稳定性。本课题以模型水泵水轮机为研究对象，采用CFD技术针对泵工况导叶开启过程进行瞬态数值模拟研究，从流道内部产生压力脉动入手，对泵工况进行导叶固定开度和导叶运动的瞬态数值模拟，分析整机内部压力、流线和旋涡的分布与压力脉动可能存在的联系。具体研究内容如下：（1）根据模型试验活动导叶的开度值，选取13mm、19mm和25mm三个导叶开度进行非定常数值计算，分析随着导叶开度的改变流道内部流体流态和旋涡结构的变化规律，随后结合机体内部流态，通过FFT方法分析不同开度下的压力脉动成分及特性。（2）采用动网格

5、方法，对活动导叶从9mm开度运动到26mm开度，进行了非定常数值模拟，得到导叶运动过程的流场，通过与导叶固定开度三个工况的对比，分析由导叶运动产生的内部压力，流线和旋涡结构的差异，随后结合流场的分析，通过FFT和STFT方法研究导叶运动对压力脉动特性的影响。（3）对导叶不同运动规律的流场进行数值模拟，在三种不同的角速度下，分析活动导叶运动速度的变化对内部流场和压力脉动特性的影响；分段运动和匀加速运动与匀速运动，分析导叶不同运动方式内部流场流态和压力脉动的差异；通过对不同位置压力脉动幅值的分析，研究泵工况中压力

6、脉动的传播特性。研究结果表明，导叶在小开度位置内部流动复杂，具有明显的旋涡结构和流动堵塞现象，压力脉动主要频率来自于转轮叶片的通过频率及其谐波频率，及不稳定流动产生的频率。导叶在小开度范围运动时流动更加复杂，也加强了低频（3倍频以下）成分的压力脉动幅值，相对于活动导叶静止状态下的计算，其峰峰值更大。导叶运动速度越快，流动越复杂，低频脉动幅值越高成分越少；分段运动相比于线性运动和匀加速运动各主频压力脉动幅值较低，流动更加稳定；泵工况中无叶区压力脉动受到转轮转动的影响主要向下游传播。关键词：水泵水轮机；泵工况；C

7、FD；压力脉动；动网格-I-哈尔滨工业大学硕士学位论文AbstractWiththedevelopmentofsociety,peopleareconstantlyincreasingdemandforelectricity,inordertobemoreefficientandrationaltomakeuseofenergy,pumpturbineplaysanimportantrole.Itwouldseriouslythreatthestabilityandsafetyofpumpturbinewhe

8、nunstableflowoccursduringtheprocessofconvertingconditions.Toanalyzetheaspectofinternalflowandthecharacteristicsofpressure,velocityandvortex,unsteadynumericalsimulationshavebeenconductedbyusingtheRNGk-ε