《空化流動對可逆式水輪機空載穩定性的影響機理》是依託哈爾濱工業大學，由蘇文濤擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：空化流動對可逆式水輪機空載穩定性的影響機理
- 依託單位：哈爾濱工業大學
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：蘇文濤
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目旨在研究可逆式水泵水輪機空載過渡過程的空化流動特性及其對穩定性的影響，主要研究內容如下：（1）空載失穩過程的流場試驗研究：製作水泵水輪機的透明過流部件，使用先進的流體測量技術如粒子成像測速儀和雷射都卜勒測速儀對流場無葉區、轉輪區和尾水管區進行測量，分析流場的旋渦及空化演化特徵；（2）空載失穩流動數值模擬研究：建立修正的考慮汽化潛熱的空化模型，使用LES 和空化模型相結合的方法，選取合適的SGS應力模型，進行失穩流場的數值模擬研究，獲取失穩流動壓力脈動幅頻特徵、流態分布特徵以及失穩過程與性能曲線之間的關係；（3）水泵水輪機空載穩定性機理研究，綜合實驗結果與數值模擬結果，探索水泵水輪機空載工況的失穩機理，使用渦動力學理論和非線性動力學方法獲得流場的壓力和速度脈動信息，以期獲得內流場信息、外特性和空化性能之間的映射關係及某些確定性特徵，為全工況的穩定性分析及控制建立理論基礎。
結題摘要
可逆式水輪機不穩定性的根源是水泵水輪機自身存在“S”型水力特性和水泵駝峰區兩個不穩定區域。水泵水輪機空載過渡過程不可避免地要穿越“S”特性區，而空載不穩定性主要表現為負荷增加時容易進入反水泵工況，轉速波動超過併網要求，機組部件的振動和大軸的擺動加劇。開展可逆式水輪機及其系統穩定性理論的科學研究，對於提高水泵水輪機的運行效率以及保證機組的運行穩定性具有重要的工程價值。本課題的主要研究內容包括三個方面：首先構建了基於高速攝像的內流場顯示試驗系統，其次在單相流中考慮近壁面的各向異性的非線性湍流模型和空化流動的空化模型，對具體的計算格線進行加密，並充分考慮實際的運行過程設定相應的邊界條件進行數值計算，通過數值計算結果與試驗結果對比，驗證了計算結果的可靠性和精確性；最後通過上述數值計算及模型試驗，對水泵水輪機不穩定過程流動及壓力脈動進行了詳細的分析，對其不同的外特性、內流場及特殊的壓力脈動頻率產生的原因進行了分析，並最終利用渦演化分析，總結空載過程的穩定特性。特別指出，通過試驗和數值計算方法，提出並分析了不同泄水錐形式及均壓孔數量對水輪機工況流動和壓力脈動影響，為下一步進行模型最佳化提供依據。本項目得到的重要結果包括：1、飛逸工況外特性的動態不穩定特性波動發生在轉輪水力矩為零時刻附近，其原因是由於轉輪轉速的劇烈變化，並存在一個高幅低頻壓力脈動成分；2、對於甩負荷過程，其整個流域內不同部件測點的壓力脈動顯示其存在四種特殊的頻率成分，並且來源於不同的激勵源位置；3、通過對泄水錐形式及均壓孔數量變化進行分析發現，填充效應降低了渦帶的能量，從而使壓力波動幅度明顯減小，最優的壓力脈動幅值可降低約16%左右。本項目的關鍵意義在於為水泵水輪機的水力設計和運行參數最佳化提供理論支撐。
