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抽水蓄能机组空化特性研究

发布日期: 2020-09-04

来源: 清道夫环保网

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  • 资料类别: 水利水电
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  • 更新时间: 2020-09-04
  • 发布者: 清道夫环保网

基本简介


水泵水轮机的运行工况比较复杂,包含水轮机工况和水泵工况以及工况之间的相互转换。所以水泵水轮机的空化包含水轮机空化、水泵空化和工况转换之间的空化。这其中水泵空化起着决定性作用,对于水泵水轮机只要满足水泵工况的空化,就能保证水泵水轮机的空化要求。对于水泵工况的空化,关键工况参数是最高扬程和最低扬程。其中最高扬程对应的流量范围的下限,空化区域一般发生在转轮叶片的吸力面,肉眼可见。最低扬程对应流量范围的上限,空化区域一般发生在转轮叶片的压力面,通过频率判定和听声音的方法来判断。对于空化的研究,作者主要从转轮优化的角度来避免空化的发生。业界对于空化的研究,空泡的动态跟踪主要借助CFD和高速摄影的方法来追踪空泡的运动轨迹。


近年来,随着计算机性能和CFD技术的飞速发展,在空化流动的数值模拟方面取得了较大的进展:从最初的无粘性计算发展到湍流计算,从二维流场模拟发展到三维流场模拟,从单相流模拟发展到两相空化湍流模拟,计算方法也由最初的线性理论发展到今天的非线性理论。在国内外众多学者的努力下,已建立了多种空化模型。例如Kubota等采用BTF(bubbletwo-phaseflow)模型(1991)对翼型的非定常空化特性进行了研究。Singhal(2002)采用充分考虑了不可凝结气体以及蒸发和凝结原理的全空化模型,对翼型的空化特性进行了研究。日本日立机械工程研究试验室的MasashiFukaya"l等人应用混合流体层流模型,计算得到了不同工况下轴流泵叶轮上的压力与空泡体积组分分布;清华大学的吴玉林等用两相流模型数值,模拟了混流式水轮机内部的三维空化湍流流动。FranoisAVELLANSI详细研究了空化对机组运行工况,效率和吸出高度的影响。罗马尼亚Timisoara大学水力机械系的RomeoF.Susan-Resigal等人,发展了FLUENT中的混合流体湍流空化模型,并用发展了的模型计算得到了混流式水轮机在不同的空化系数下,转轮叶片吸力面靠下环处的空化情况。但是,他们在空化流动数值计算中,为了节省计算资源,避免空化计算时发散,选择的计算区域被限定在转轮进、出口截面之间的区间内,而且仅对两相邻叶片间的单个流道进行计算。计算中采用了周期性边界条件的假定,即认为沿流道周向流动具有对称性,这与实际情况是有差别的,在流动的非定常特征强烈时尤为明显。而且在利用单流道进行计算时,转轮进、出口边界条件难以准确给定。上述因素都给计算结果的准确性带来了不可预测的影响。李胜才?教授对翼型上的空化利用高速摄影进行大量的试验研究,拍摄了空泡的运动规律,针对某电站导叶上的空化,提出了边界层转摈诱发空化理论。


本文从实验角度研究了空化系数的变化对水泵水轮机的效率、压力脉动和驼峰特性的影响。并且借助修正了质量传输方程的混合流体多相流空化模型(mixturemultiphasemodel)针对某模型水泵水轮机,采用数值计算的方法,对水泵水轮机在水轮机工况和水泵工况的空化特性进行了计算,并与试验结果进行了比较。


本文介绍了评判水泵水轮机空化特性的初生空化系数和临界空化系数。描述了空化系数和效率的关系,同时展示了空化系数的变化对压力脉动和驼峰的影响。利用CFD的方法,采用空化模型对水泵水轮机的空化特性进行了计算。


1)空化系数和水泵水轮机的效率存在密切关系,当空化系数降低到某一个值时,效率会下降。

2)压力脉动的幅值和电站的装置空化系数存在密切关系,当空化系数降低到某一个值时,此时的压力脉动幅值为该水泵水轮机的极大值。

3)驼峰和空化特性存在密切关系,当空化系数降低到某--值时,同一开度对应的驼峰特性消失。

4)采用空化模型可以计算水泵水轮机的空化特性,计算出初生空化系数和临界空化系数。

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