水轮机泄水锥打孔对尾水涡带影响研究

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1、国内图书分类号：TK733+.1,O357.1学校代码：10213国际图书分类号：621.22密级：公开工程硕士学位论文水轮机泄水锥打孔对尾水涡带影响研究硕士研究生：刘登峰导师：王洪杰教授副导师：刘万江高工申请学位：工程硕士学科：动力工程所在单位：哈尔滨大电机研究所答辩日期：2017年9月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TK733+.1,O357.1U.D.C:621.22DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringSTUDYONTHEINFLUENCEOFRUNNERCONEPERFORATIONO

2、NTHEDRAFTTUBEVORTEXINHYDRO-TURBINECandidate:LiuDengfengSupervisor:ProfessorWangHongjieCo-supervisor:SeniorEngineerLiuWanjiangAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpeciality:ThePowerEngineeringAffiliation:HarbinInstituteofLargeElectricalMachineryDateofDefence:September,2017Degree-C

3、onferring-Institution:HarbinInstituteofTechnology摘要摘要电力需求的不断增长，使得水电行业中水轮机向着高效率、大功率、大尺寸及高转速方向发展，同时要求其运行稳定性提升。这样，机组稳定性及安全运行就成为备受关注的问题。本文针对全流道流动中尾水管涡带发生及演化问题，对不同泄水锥型式的模型通道内的流动进行了试验研究和数值模拟研究，研究了通道内流场特征及涡带形态，分析给出压力脉动的成分及量级。为了实现上述目的，首先建立模型试验系统并实现了三维非定常数值模拟，通过数值模拟结果，设计不同型式的泄水锥，并进行了进一步的数值模拟和试验研究

4、。试验主要使用高速摄影系统进行流态观测，并进行压力脉动测量。其次对大开度和小开度的偏工况进行了水轮机全流道三维非定常模拟，对转轮叶道涡、涡带及进水边脱流等现象进行了捕捉，着重分析不同型式泄水锥下的涡带演化和压力脉动特征。再次分析不同泄水锥打孔模型对于涡带演化及特征压力脉动的影响，研究其流动特性。采用FFT（快速傅里叶变换）对试验结果进行数据处理，结果显示随着对泄水锥打孔措施的进行，尾水管内空化涡体积减小，各监测点的压力脉动能量降低。最后，综合模型试验和数值模拟数据，探讨了不同泄水锥型式下的压力脉动特征。发现肘管外侧具有最大的压力脉动能量，而在施加打孔措施后，压力脉动的主

5、频频率降低，同时能量峰峰值显著变小，高频分量有所增加。本文通过对某混流式模型水轮机非定常的三维数值模拟，并在两个不同偏工况开度下进行了模型试验验证。分析泄水锥型式变化前后的压力脉动幅值及成分，阐明了尾水管中流动性及压力脉动特征同泄水锥型式的关系。结果表明，打孔措施能够有效降低尾水管压力脉动水平，对工程水轮机CFD设计具有重要意义。关键词：混流式水轮机；泄水锥；尾水管；压力脉动；高速摄影-I-AbstractAbstractThedemandofelectricitycontinuouslygrows.Itpushesthehydro-turbinetoahigh-eff

6、iciency,high-power,large-scaleandhigh-speedlevel,meantime,itcallsforthefurtherimprovementofoperationstability.Hereby,thestabilityofpowerplantandworkingsafetyattractmoreandmoreattention.Thisthesisfocusesonthegenerationandevolutionofvortexropesinthedrafttubeofafull-passageflow,carryingoutt

7、heexperimentalandnumericalinvestigationontheinnerflowofmodelturbinewithdifferentshapeofrunnercone.Theflowfeaturesandvortexropecharatersiticsofinnerflowarestudied,andthecomponentsandmagnitudeofpressurefluctuationsareanalyzed.Todothis,firstlytheexperimentalsystemsareestabli