水光蓄联合运行下混流式水轮机内部流动特性研究
水光蓄联合互补发电技术将梯级小水电、光伏发电以及抽水蓄能电站组成一个系统，由于光伏这种清洁新能源不稳定的自身特性，需要利用抽蓄电站以及梯级小水电快速调节能力来弥补光电的间歇性和随机波动性等缺陷，高效消纳光伏发电，实现可再生能源的平稳并网。这种互补发电的运作导向对于水电站的调度要求更复杂，对水轮机组运行调节需求更精细。本课题以水光蓄联合互补中猛固桥水电站机组为研究对象，通过全流道稳态及非稳态数值模拟的方法，根据机组的运行要求，选取该电站机组在3种水头下的17种导叶开启状态进行内部流动及压力脉动特性研究。研究结果主要用于水光蓄互补系统中常规水电站水轮机运行工况边界（范围）的确定，让机组尽量避开压力脉动较为强烈的开度区，而稳定运行并且维持水轮机高效率。主要研究成果如下。 1、对不同开度（负荷）工况下水轮机的内部流动进行研究。重点分析了水力损失最为严重的转轮区域与尾水管区域在活动导叶不同开度工况运行下的流动表现；空化工况下，重点分析转轮区域的空化和叶道涡在活动导叶不同开度运行工况下的分布情况。研究表明20%~40%开度范围为小开度区间，转轮进口水流冲击严重，叶道涡影响范围大，尾水管区域存在大范围死水区并且出现流动分离，水力损失严重；50%~70%开度范围为中间开度区间，转轮流道流动更加顺畅，叶道涡影响范围减弱，尾水管区域出现存在偏心量的螺旋状涡带，水力损失较小开度区间减少；80%~100%开度为包含最优工况开度的大开度区间，转轮流道间不存在叶道涡扰动，转轮内部流态顺畅且速度变化均匀，尾水管区域漩涡与直锥段圆心同轴，水力效率最高。 2、以内流场表现情况划分开度区间，对不同导叶开度区间水轮机各部分的内部压力脉动进行研究。重点分析无叶区、转轮流道间以及尾水管三个部分的压力脉动发生机理、幅值特性及频域特性。研究表明小开度区间压力脉动有两种显著的表现形式，一是进口转轮水流与转轮叶片冲击作用，二是尾水管涡带与管壁相互作用，这两种作用导致全流道内部流动紊乱，主要产生随机性压力脉动；中间开度区间显著压力脉动是涡带压力脉动，最大的压力脉动幅值出现在60%开度左右；大开度区间压力脉动主要是发生在无叶区的转轮叶频压力脉动，叶片频率幅值通常较小，机组水力稳定性良好。 3、以该电站导水机构为研究对象，数值模拟该机组活动导叶从20%开度小开度区线性开启到100%开度大开度区的过渡过程，重点分析活动导叶区域随导叶运动过程中压力场及速度场的变化过程。研究表明随着活动导叶开启这一过程，活动导叶内外侧压差逐渐减小，压差分布逐渐均匀，流态变化更稳定。
混流式水轮机;流动特性;压力脉动;导叶运动
西华大学
硕士
动力工程及工程热物理
刘小兵
2022
中文
TK733.1
2022-11-18（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）