《大型混流式水輪機尾水管水力振動研究》是依託河海大學，由鄭源擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：大型混流式水輪機尾水管水力振動研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：鄭源
- 依託單位：河海大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
大型乃至巨型水輪機組，其尾水管引起的水力振動對其穩定性影響越來越大，但對其內部的運動規律，尤其是在非穩態工況下，水輪機尾水管渦帶、壓力脈動等水力現象及其誘發機組的振動機理還有許多不明確處，因此，對大型混流式水輪機尾水管水力振動進行研究成為目前亟待解決的迫切問題。在前人研究的基礎上，擬通過實驗、數值計算和理論分析相結合的總體技術路線，深入研究大型混流式水輪機尾水管在各種不同的非穩態工況下的內部流動規律，轉輪出口流動參數、尾水管渦帶與壓力脈動的相關性，揭示出一些規律性內容，建立尾水管水力振動原模型相似規律，構建誘發尾水管水力振動的理論框架和數學模型，提出改善水輪機尾水管水力振動的方法。從而為進一步分析誘發機組振動的機理和建立尾水管水力振動數學模型提供依據，為我國大型混流式水輪機組的選型設計和安全運行提供系統性的理論和實踐依據。
結題摘要
大型乃至巨型水輪機組，其尾水管引起的水力振動對其穩定性影響越來越大，但對其內部的運動規律，尤其是在非穩態工況下，水輪機尾水管渦帶、壓力脈動等水力現象及其誘發機組的振動機理還有許多不明確處，因此，對大型混流式水輪機尾水管水力振動進行研究成為目前亟待解決的迫切問題。本項目通過開展大型混流式水輪機組不同工況下尾水管水力振動試驗及對水輪機內部進行非定常並行數值模擬等研究手段對大型混流式水輪機瞬態過程現象進行深入分析研究，並得到以下成果：(1)推導建立了具有角加速度的旋轉參考坐標系下的控制方程，結合轉輪旋轉平衡方程，給出了相應新的源項形式。構建了混流式水輪機三維非穩態湍流數值模擬的程式算法。(2)通過對水輪機以尾水管渦帶運動的分析，認為其運動的主體為螺旋渦管運動，其影響範圍隨工況的不同而不同。且旋渦在演化過程中，其渦核位置隨機變化，但最終穩定在一個特定位置。且尾水管內旋渦能量集中區域，高渦量區主要存在於靠近壁面半徑的前1/3處，並且隨時間變化圍繞橫截面中心運動。(3)進行了模型水輪機的壓力脈動試驗。結果表明：保持水頭、單位轉速一定，只改變導葉開度，壓力脈動幅值隨導葉開度的增大而減小。實測的3種開度工況下，壓力脈動成分均含渦帶頻率、旋轉頻率及倍頻。當保持水頭、開度等一定，而只改變單位轉速條件下，壓力脈動相對幅值隨單位轉速的減小而減小，壓力脈動成分只以旋轉頻率和其倍頻為主，實測的數據與理論吻合較好。(4)設計出1種含有渦流發生器的新型試驗尾水管，對渦流發生器的機理進行一定的研究。運用壁面函式法建立全流道結構格線，用SST模型對其進行數值計算，分別以渦產生截面和渦開始發展截面作為渦流發生器葉片的安裝截面，計算出尾水管各工況下的能量恢復係數，找出了渦流發生器的最優安裝方法．同時，本項目成果榮獲大禹水利科學技術獎二等獎一項，發表SCI、EI論文5篇，其它學術論文共13篇 ，申請專利5項，指導博士後1名，博士2名，碩士3名。成果推廣後，社會經濟效益顯著。
