一、流态解析在水轮机上的应用（论文文献综述）
冯亚君[1]（2021）在《混流式水轮机转轮下环螺旋密封流动特性及其对机组性能的影响研究》文中提出水轮机发展至今已出现许多种型号,其中混流式水轮机拥有水头适应范围广、空化性能优良、水力传递效率高等诸多优点,是如今在水电站中应用最广的水轮机机型。根据水电站工作运行经验,位于混流式水轮机转轮下环和座环之间的间隙对水轮机的性能和机组工作稳定性都会产生很重要的影响。由下环间隙造成的泄漏流量直接影响机组的容积损失,降低水轮机效率。并且由于间隙内部水流为湍流运动,很容易在其内部形成涡流,对机组稳定运行产生负面影响。传统的下环间隙密封大多属于接触式密封,经常发生磨蚀损坏,使用寿命短,检修更换频繁。螺旋密封作为非接触密封,不仅可以有效解决上述问题,避免因密封损坏而引发的故障,而且其密封性能也优于接触式密封。本文采用数值模拟技术,通过对水轮机内部流场进行分析,研究了基于螺旋密封方式的下环间隙对混流式水轮机性能的影响,相关工作内容如下:（1）基于流量平衡理论,对螺旋密封间隙内部流场分布进行简化,并将密封结构中所涉及的几何参数代入流场流速分布,在此基础上进行螺旋密封封液公式的推导工作。之后使用MATLAB软件中的优化函数,以螺旋密封封液能力公式中的几何系数作为优化的目标,得出了最优螺旋密封几何参数。优化后的实验结果显示,螺旋角为21.05°,相对槽深度为3,相对槽宽度为0.5,此时密封性能可以达到最佳效果。（2）以确定的螺旋密封最优几何参数为基础,设计出传统密封方案中常用的迷宫密封方案和直缝密封方案。将某一混流式水轮机为研究对象,并依据导叶开度大小选取不同的工况点来进行定常数值模拟。经过对不同工况点及不同间隙密封方案的数值模拟结果进行对比发现,螺旋密封在任一工况点下,其密封性能都是最优,且对稳定机组运行起到积极作用。相较迷宫密封和直缝密封,在大多数工况下,螺旋密封都能提高水轮机效率,而在最优工况点下,螺旋密封会对其产生不利影响。（3）针对最优工况点,对比分析不同间隙密封方案的数值模拟结果。在分析间隙密封内部流动特性后发现,螺旋密封中充斥着回流漩涡,在堵塞流道时也降低了间隙出口压力梯度和泄漏流流速,对间隙进出口流态都有很大改善效果。从能量损失角度出发,虽然在螺旋密封中湍流耗散熵产增加,但其降低泄漏流量流速,极大程度减少了壁面熵产。综合分析,螺旋密封对水轮机造成的能量损失最少,水能利用效率也最高。
陈旻甲[2]（2021）在《混流式转轮出口流场结构与尾水管压力脉动特性的关联机理研究》文中指出尾水管涡带不仅是水力机组产生振动的重要因素之一,同时也被认为是严重影响水轮机工作效率的一个重要因素,因此,研究尾水管压力脉动特性与转轮之间的协联关系有着重要的价值。本文对一个高水头混流式水轮机进行了数值模拟,分别的计算了在开度6,开度10以及开度14工况下的数值计算。本文的研究内容与结论如下:（1）在模型实验中,通过安装传感器的方式来获取压力脉动时域信号,获取信号的位置由顶盖上下游、尾水管锥管段上下游以及尾水管弯肘段上下游处。对获得的时域信号进行CEEMD分解后进行分析,结果表明,尾水管内压力脉动相对幅值随导叶开度的增大整体上呈现递减的趋势。顶盖处的振幅要大于尾水管内锥管与肘管段的振幅,且在开度6条件下,振幅要明显大于开度10和开度14的工况;当为小开度流量工况时,测点的振动主频整体随着水头的增大呈现下降趋势;当开度逐渐增大时,测点的振动主频整体随着水头的增大呈现上升趋势。（2）在导叶开度变化的过程中,为了更加准确地获悉水轮机各过流部件的大小分布情况。以熵产理论为基础,分析了各流道元件能量损失的位置和大小,研究了能量损失产生机理、转轮出口速度场变化与尾水管压力脉动分布之间的关系。计算结果表明:熵产值的变化与转轮出口速度场分布、尾水管压力分布存在着显着的联系。通过分析个部件流场局部熵产率分布的变化情况,可以得出锥管与肘管处的熵产率比尾水管其他部位高,且越靠近转轮出口处的熵产率越高。（3）由数值模拟计算结果分析发现,随着导叶开度增大,转轮出口面轴面速度场的低速区面积逐渐减小,导致尾水管直锥段的涡带生成面积逐渐减小;转轮出口面的其他区域轴面速度逐渐增大,同时尾水管直锥段压力脉动逐渐也增大。在尾水管内部,直锥段的压力脉动变化比弯肘段的压力脉动变化更为剧烈,随着导叶开度的增大,转轮出口面中心处的压力数值呈现递增趋势,尾水管内部流动流速较大的区域从弯肘段逐渐向尾水管入口偏移。总结得出,转轮出口流场的低速区面积大小影响着涡带的大小,转轮出口流场其余区域的速度大小与尾水管内的压力脉动大小呈现正相关关系。
曹瑞[3]（2021）在《水电站长压力引水系统水锤及其对结构作用特征研究》文中提出长压力引水管道在水电站建设过程中所占比重较大,且极易发生水锤现象,对水电站的安全运行构成很大的隐患。为了研究不同管道长度水流在水锤作用下的流态变化以及对管壁结构的应力分布,本文以乌东德水电站左岸1#～6#（长度558.65m～335.06m）引水管道为研究对象,结合二维水锤计算软件和三维仿真软件进行了以下数值模拟分析:1.根据水电站引水管道实际参数,在二维水锤计算软件中进行建模和水锤模拟,得到1#～6#引水管道各节点和各部位的流速、压力值,通过分析得到压力钢管段的压力值比其他部位大,并且通过计算得出入口处的最大最小流速,为三维模拟拟合出一个速度曲线tv=3.73-0.005t（0?t?1 0）。2.利用三维建模软件建立1#～6#引水管道三维模型图,导入三维仿真软件进行流态分析,其边界条件使用二维水锤计算软件得到的速度曲线,通过分析得出:（1）在管道渐变段,1#～6#引水管道在沿水流方向上,平均流速呈现增加趋势,平均压力呈现减小趋势;对于1#～6#引水管道相同位置上的截面,随着管道长度的减小,平均流速增大,平均压力减小。（2）在管道压力钢管段,压力钢管段由三段组成,分别为13.5m管径段、由13.5m渐变至11.5m管径段和11.5m管径段。其中,在沿水流方向上,13.5m管径段的平均流速与平均压力呈现减小趋势;由13.5m渐变至11.5m管径段的平均流速逐渐增加,平均压力逐渐减小;11.5m管径段的平均流速与平均压力沿水流方向也呈现减小趋势。对于相同位置上的截面,随着管道长度的减小,13.5m管径段平均流速与平均压力均呈现增加趋势;由13.5m渐变至11.5m管径段的平均流速随管长的减小而减小,平均压力则随管长的减小而增大;11.5m管径段的平均流速与平均压力也均呈现增加趋势。（3）在管道竖井段,1#～6#引水管道沿水流方向上的平均流速与平均压力的变化趋势基本一样,总体呈现减小趋势;在相同位置的截面上,平均流速与平均压力随管道总长度的减小也呈现逐渐减小的趋势。结果表明,管道长度越长,水锤作用下的水体压力也越大,其对管壁结构的危险也越大,所以本文着重对1#引水管道进行了流固耦合模拟。3.通过对558.65m长的1#引水管道进行流固耦合模拟,发现竖井段的总变形最大,为0.0028078m,而且渐变段以及压力钢管变截面段形变值也较大。
孙龙刚[4]（2020）在《混流式水轮机部分负荷涡流特性研究》文中指出随着间歇性可再生能源在电力市场中比例的上升,水电机组无疑将会面临更为艰巨的调峰调频任务,水轮机必将更加频繁地运行在部分负荷工况以平衡电网参数。尾水管涡带及叶道空化涡是混流式水轮机部分负荷工况下出现的两种典型空化涡流现象,涡结构的演化使水轮机不可避免地经历动态负荷不平衡,所诱发的强烈压力脉动具有更加繁杂的频谱构成,严重制约水轮机高效、稳定运行。本文以混流式水轮机部分负荷工况涡流不稳定特性为目标,采用高精度数值模拟技术和可视化试验方法,对尾水管涡带、叶道空化涡的时空演化特性及其对压力脉动的影响进行了数值和试验研究。获得的主要结论如下:（1）基于等压面法、Q准则、λ2准则、Ω准则和Liutex准则对混流式水轮机部分负荷下的涡流结构形态进行识别研究并评估其适用性。研究表明,由于Q准则和λ2准则过度考虑剪切变形,其能有效识别由惯性力主导的尾水管涡带形态,但在受粘性力影响较大的叶道空化涡的形态识别上精度不高,而Ω准则和Liutex准则均能准确地辨识出这两种涡流结构,提高了水轮机内部涡流结构演化发展的预测精度。（2）基于空泡体积时频分析,研究了涡流结构在水轮机内的相对位置、强度变化以明确其时空演化特性。研究发现,尾水管涡带及叶道空化涡工况下的空泡体积均做低频、周期性脉动,前者脉动频率为转频的0.3倍,后者为转频的1.0倍至1.5倍。尾水管涡带涡强度较高时,涡体积改变伴随着涡带的收缩和拉伸运动。叶道空化涡在转轮内的演化是一个显着的初生、发展、局部溃灭以及再生成的动态循环过程,涡结构总是附着在转轮上冠面,空泡的溃灭主要发生在叶片出水边与转轮下环面相交处,易引起流动参数的剧烈变化并影响水轮机的水力性能。（3）通过求解描述涡与空化耦合关系的相对涡量输运方程,发现方程中的拉伸扭曲项及科氏力项对湍流场中的涡量生成有较大贡献,膨胀收缩项及斜压矩项仅影响空化发生区域处的涡量分布,研究明确了水轮机内部涡量生成的物理机制。通过分析转轮内的流动拓扑,发现转轮叶片吸力面上的摩擦线在下环附近发生由流向转为展向的剧烈突变,形成明显的分离线并引起下游流体向分离线汇聚,表明部分负荷工况转轮进口冲角变化引起转轮上冠面上的流动分离是叶道空化涡形成的重要原因。（4）通过压力脉动的时域及频域分析,明确了涡流时空演化对水轮机水力振动的影响。分析表明,尾水管涡带及叶道空化涡的动态演化显着提高了水轮机内的压力脉动幅值。叶道空化涡不仅对整个计算域内的压力脉动分布有全局性影响,并且局部放大了转轮叶片吸力面的压力脉动幅值。进一步研究表明,转轮下环附近脉动幅值的提高是由于涡结构尾部的溃灭和再生成所致,而上冠附近幅值的提高则同时受空泡溃灭和强烈流动分离的影响。（5）基于空化一维理论和三维湍流数值计算建立了空化结构与不稳定压力脉动瞬态特征的关联。研究发现,尾水管涡带及叶道空化涡工况下的瞬态压力脉动信号与发生空化时的空泡体积二阶导数成正比,揭示了空泡体积的时空演化是诱发高幅值压力脉动的根本原因。进一步提出一种水轮机补气的措施成功抑制了转轮内涡结构的发展,改善了水轮机内部的流动分离、能量耗散以及压力脉动强度。
吴子娟[5]（2020）在《活动导叶分布圆直径与下环间隙对混流式水轮机性能的影响》文中研究说明对于混流式水轮机,活动导叶与固定导叶以及转轮的相对位置直接影响导水机构和转轮内部流动,转轮间隙内的泄漏涡、泄漏流等复杂的湍流也极易对水轮机的性能与稳定性产生影响。本文以文泾水电站型号为HLX180-LJ-145的混流式水轮机为研究对象,采用CFD技术,基于N-S方程、SST湍流模型与Zwart空化模型,提出5种活动导叶分布圆直径方案与5种下环间隙方案,考虑了不同工况,对各改造方案下机组的能量特性、空化性能、水力稳定性进行比对,找到转轮与其他过流部件的最优匹配。该研究取得的成果在水轮机技术改造中具有可实施性,对水轮机的结构设计具有一定的参考价值。相关研究成果包括:1)对于本文研究的混流式水轮机,D0/D1（活动导叶分布圆直径/转轮直径）变化范围为1.12～1.15时,水轮机的效率随活动导叶分布圆直径的增大呈递增趋势,活动导叶与转轮的能量损失随活动导叶分布圆直径增大而减小。引入Zwart空化模型对混流式水轮机全流道进行数值计算。可以发现:同一流量工况下,增大活动导叶分布圆直径,转轮叶片表面的空泡数量与体积均减小,机组的空化性能得到提高。2)通过非定常计算研究了活动导叶与转轮之间的无叶区压力脉动产生机理与变化规律,发现当机组在设计工况与0.6Qd共2个流量工况下运行时,增大活动导叶分布圆直径,可以减弱活动导叶与转轮流域的动静干涉作用,降低活动导叶与转轮之间无叶区的压力脉动幅值,提高机组运行的水力稳定性。3)当机组在非设计工况运行时,下环间隙增大,水轮机效率下降。间隙泄漏量随下环间隙增大而增大,间隙内水流平均流速、漩涡强度均随着下环间隙的增大而增大。4)通过提取间隙内部、无叶区以及转轮叶片表面监测点的压力脉动结果进行分析可知,间隙内部与无叶区监测点压力脉动幅值随下环间隙增大而增大。水轮机在小流量工况下运行时,减小下环间隙可以降低转轮叶片表面监测点的压力脉动幅值;当水轮机在设计工况或大流量工况下运行时,增大下环间隙可以减小叶片表面监测点压力脉动幅值。5)尾水管内测点的压力脉动主要来自尾水管内不稳定涡带引起的不均匀压力场。机组在小流量工况下运行时,减小下环间隙可以削弱尾水管内空腔涡带的强度,降低尾水管壁测点压力脉动幅值;当机组在设计工况或大流量工况下运行时,尾水管内监测点压力脉动幅值随间隙值增大而减小。若机组在小流量工况下运行时振动强烈,可通过减小下环间隙的方式减小水力因素造成的振动;若机组在设计工况与大流量工况下运行时振动强烈,可适当增大下环间隙来提高机组水力稳定性。
李江[6]（2020）在《贯流式水轮机内部的过机鱼类损伤机理研究》文中认为水利建筑工程的兴建对河流的生态环境会造成一定程度的负面影响,尤其是对于鱼类洄游繁殖。最为常见的解决方法是引导鱼类通过水力机械而过坝,但与此同时也存在鱼类损伤等生物问题。鱼在过机时受到的伤害类型有:机械损伤、低压损伤、高剪切力引起的压力梯度损伤和空化损伤。国内外关于鱼类过机损伤的研究大多以实验为主,得到了许多鱼类损伤研究成果,但由于实验的局限性和高成本,不能够进行不同型式水力机械、不同鱼种的过鱼实验,故而有必要运用数值模拟的方法进行该研究。贯流式水轮机多用于流量大、水头低的常规电站或潮汐能电站,而使用该型水轮机的河流或海域中的鱼类较多,会影响河海的生物圈,特别是鱼类的繁衍,因此需要对贯流式水轮机内部鱼类伤亡机理进行研究,实现水力发电和生态系统共赢。本文通过数值模拟方法对贯流式水轮机过机鱼类进行研究,主要侧重于关注鱼类过机时受到的低压损伤和压力梯度损伤。相关研究内容如下:（1）本文在研究鱼类通过贯流式水轮机时,基于浸没边界-格子Boltzmann耦合方法（IB-LBM）建立了鱼类通过贯流式水轮机全流道的计算模型,该方法的特点为采用无贴体网格,计算单元为格子,省去了划分网格的步骤,极大简化了数值模拟的工作量。IB-LBM历经十余年的发展与更新,成功地应用于生物流体力学、医学和传热学等各个领域的技术研究,但用于水力机械模拟计算的算例较少。本文以某电站的贯流式水轮机原型机为背景,验证了IB-LBM在水轮机模拟的可靠性。结果显示,该方法可以很好地模拟出贯流式水轮机的外特性,误差值在5%以下,为后续研究鱼类在贯流式水轮机内部的致损机理奠定了基础。（2）为了了解鱼类在过机时所受到的损伤情况,首先进行了一条鱼过机的模拟计算。本文选取水轮机的三个工况进行模拟,并在鱼表面设置三个监测点进行压力值监测,得到鱼类从灯泡体到尾水管过程中的压力变化,特别是对鱼类通过贯流式水轮机转轮区域时的压力值进行了详细分析。结果显示,在三个不同的工况中,鱼通过贯流式水轮机低压区时会受到不同程度的低压损伤和压力梯度损伤,鱼受到损伤与水轮机工况有直接联系。（3）鱼类是群居动物,鱼过机时受损与否或损伤的严重程度,不仅和水轮机工况有关,也与鱼进入水轮机流道位置和贯流式水轮机转轮低压区瞬时分布有一定关系。为进一步阐述鱼群进入水轮机流道时其所处位置与受损程度之间的联系,本文选取水轮机额定工况作为分析条件,模拟分析了多条鱼通过水轮机时各条鱼的损伤类型与损伤程度。根据数值模拟结果可知,进入水轮机流道时的空间位置差异确实会导致鱼体所受到的损伤类型和受损严重程度均有所差异。
李文锋[7]（2019）在《贯流式水轮机瞬态流动特性研究》文中进行了进一步梳理随着中、高水头水力资源开发趋于饱和化,低水头水力资源的开发迫在眉睫。贯流式水轮机因其优越的水力性能和经济性得到广泛的应用。随着贯流式水轮机组向高参数、大容量发展,如何保证其安全、稳定运行一直是研究的热点问题。特别是改善贯流式水轮机组在过渡过程中动态品质的研究更是重中之重,论文就这方面内容对贯流式水轮机几种类型的瞬态过程进行了深入的研究。主要工作如下:根据贯流式水轮机飞逸过程的运动特点,结合描述水轮机内部流动的三维N-S方程,采用User Fortran程序和CFX软件的二次开发,建立了一种基于宏观连续模型的水轮机飞逸过程数值计算方法。对贯流式水轮机不同协联工况的飞逸过程进行了三维瞬态数值模拟,获得了不同桨叶转角下的单位飞逸转速特性曲线与试验结果对比吻合良好。同时,重点研究了贯流式水轮机工作参数的瞬变规律以及内部流场的动态特性,并预估了水轮机内部的压力脉动,揭示了飞逸过程中贯流式水轮机发生振动的原因。引入基于Rayleigh-Plesset方程的空化模型,对贯流式水轮机飞逸过程中的空化特性进行了研究,详细探讨了空化对飞逸过程的影响,捕捉到飞逸过程中贯流式水轮机发生空化的部位。鉴于传统动网格方法对模拟贯流式水轮机包含运动边界瞬态问题的局限性,引用了一种基于粒子的格子Boltzmann方法,并进行了相关算例验证。首先,对两种雷诺数下的二维圆柱绕流进行了模拟,计算得到相关特征参数的变化规律与实验结果吻合较好。其次,对贯流式水轮机在稳态工况时的能量特性和压力脉动特性进行了预测,与试验结果对比令人满意。最后,完成了贯流式水轮机飞逸过程的瞬态模拟,其计算结果与CFX计算结果有较高的契合度,证明了该方法应用于水轮机三维流动模拟的可行性。基于格子Boltzmann方法,引入刚体动力学模型,对贯流式水轮机事故甩额定负荷的全关闭过程进行了数值模拟。在模拟中,通过自定义函数控制活动导叶的关闭。对两种导叶关闭方式下贯流式水轮机甩负荷过程中转轮转速、水力矩、轴向力等宏观参数的瞬变规律进行了详细的对比,并定量分析了水轮机内部的水压变化,获得了改善贯流式水轮机甩负荷过程动态品质的最佳关闭方式。此外,对导叶和转轮的受力特性和水轮机内部的瞬态流场进行了细致的研究,揭示了机组发生横向摆动及尾水管内产生涡旋的原因。提出了贯流式水轮机双调节的增、减负荷过程的三维瞬态数值模拟方法,对贯流转桨式水轮机从额定工况向部分负荷工况转换的减负荷过程进行了数值模拟。分析对比了三种联动方式下减负荷过程中外特性参数的变化规律以及水轮机内部压力变化特性,研究表明:导叶和桨叶保持协联关闭有利于贯流式水轮机在工况转换过程中的运行稳定性。此外,分析探讨了增负荷过程中桨叶的力特性和内部压力脉动特性,发现在增负荷过程中导叶前后测点的压力脉动振幅均大于减负荷过程,其运行不稳定性加剧。
苟东明[8]（2019）在《一管多机布置抽水东蓄能电站瞬态建模与过渡过程分析》文中研究表明目前国内抽水蓄能电站的建设正在高速发展,在电站枢纽布置时,输水系统和机组的组合方式往往采用一管多机输水系统布置方案,在安全风险可控的前提下,总体降低工程成本,如广东清远蓄能电站引水系统采用了一管四机布置、浙江天荒坪蓄能电站引水系统采用一管三机布置。当采用一管多机布置方式时,同一水道两台机组或多台机组之间存在水力联系,若其中一台机组突然甩负荷或者增负荷,必然引起调压井水位、分岔点测压管水头的变化,对同一水道系统电其余机组水头、出力、转速、导叶开度等产生影响,这种过渡过程中的水力干扰引起的机组负荷、压力瞬时变化的危险性在已建工程中得到证实。与此同时,与引水系统压力上升相比,尾水管压力下降值越来越成为工程建设过程中关注的重点,极端运行条件下的计算结果和机组安装高程的选择可能直接影响到工程建设的经济性和安全性。本文结合抽水蓄能电站工程实际,针对一管多机布置抽水蓄能电站瞬态建模与过渡过程稳定性分析开展了深入研究。主要完成的工作及结论如下:（1）建立了一管多机布置抽水蓄能电站非线性动力学模型框架,基于该动力学模型框架,系统研究了极端工况下运行条件对抽水蓄能电站蜗壳进口最大压力、尾水管进口最小压力、机组最大转速上升率、引调和尾调最高最低涌波水位的影响规律,并根据数值仿真结果以及实际工程数据,给出一管多机布置抽水蓄能电站在过渡过程中运行特征参数的选择范围,可为工程设计和保证工程安全提供依据。（2）基于敏感性分析法研究了机组主要特征参数对过渡过程瞬态特性的影响规律,包括机组特性及“S”型特性对过渡过程的影响、导叶关闭规律对压力和转速控制的影响、机组转动惯量压力和转速控制的影响等。并进一步分析了,调压井设置条件、调压井阻抗孔直径大小、岔管布置位置等输水系统关键参数对过渡过程的影响规律,研究结果能为一管多机抽水蓄能电站布置运行提供理论指导。（3）结合丰宁和沂蒙两座典型抽水蓄能电站,较系统开展了一台机甩负荷或增负荷情况下水力干扰对其余正在正常运行机组影响的数值研究。结果表明,对于引水系统为一管两机的电站,一台机甩负荷或增负荷时,对另外一台机正常运行的机组蜗壳进口压力存在较大影响,两台机组蜗壳进口压力波形相似,且相较于增负荷工况,甩负荷工况下影响更大。一台机增负荷时,另外一台正常运行的机组出力发生波动,且出力极大值上升较小,出力极小值下降较多。一台机甩负荷时,另外一台额定运行的机组出力发生波动,且出力极大值上升较大,出力极小值下降较小。给出了典型工况下机组运行稳定性条件,研究结果为保障机组安全稳定运行提供理论依据。（4）采用不同区域多数值耦合算法对泵工况断电飞逸过渡过程进行了三维湍流数值模拟。结果表明,在飞逸工况下,转轮内部产生涡流,在制动工况下出现尾水涡带,管状空腔涡带在脱离壁面形成,随后旋转方向改变,形成顺时针柱状涡带,后期在水轮机工况出现偏心。通过数值模拟得到了断电飞逸过程中水泵水轮机外特性参数的动态变化规律、不同时刻尾水管、调压井内部流态的演变规律等。
李国栋[9]（2019）在《水泵水轮机停机瞬态过程流动特性研究》文中研究指明太阳能、风能等可再生能源受环境影响显着,需要其他能源予以配合调节;此外,居民用电量的日变化规律呈现出典型的周期性,这些因素使得电网对于调节灵活的抽水蓄能机组的需求大大增加,水泵水轮机需要在不同工况下频繁切换。瞬态过程是水泵水轮机运行中为平衡电网负荷所必须经历的过程,特别是启停循环,其复杂的动态不稳定性严重制约了抽水蓄能机组的稳定运行。本文以水泵水轮机停机瞬态过程为研究载体,采用试验研究与数值模拟相结合的方式,探究了停机瞬态过程中的动态特性。为了获得更为真实可靠的流动特性,本文采用外部网格重构法模拟导叶闭合运动,给定试验测定压力作为进出口边界条件,基于转子角动量平衡方程计算更新转轮转速,从而构建了完整的瞬态过程三维数值模拟策略;同时基于上述方案,分别开展了考虑转轮间隙流动与否的水泵水轮机停机瞬态过程数值模拟。采用时域分析和时频分析（短时傅里叶变换等）对试验以及数值模拟获得的压力脉动进行对比分析,明确瞬态过程中压力脉动的复杂频率成分,分析其传播规律;通过分析流场、旋涡结构、涡量场等,探究停机瞬态过程中水泵水轮机内部特殊旋涡流动的演化历程;对比有无转轮间隙流动的停机瞬态过程外特性参数,采用压力脉动分析和内部流动分析相结合的方式探究间隙流动对于瞬态过程动态特性的影响。研究结果表明,本文所采用的三维数值模拟策略能够合理预测停机瞬态过程中的动态特性;在该过程中,双列叶栅流域涡结构存在着复杂的演化特征,随着导叶关闭,涡结构依次经历了依附于活动导叶腹部的马蹄涡和流向涡、反向液流冲击下的复杂破碎涡系、工况稳定后的存在于固定导叶的对涡等形式;相较于不考虑间隙流动,转轮间隙流动在有效降低轴向水推力的同时,破坏了附着在叶片下环边靠近进口处的流向涡,继而推迟了流向涡的生长、运动以至阻塞叶片流道的演化历程,从而造成转矩、流量等外特性参数存在0.7s左右的偏差;反水泵工况流动稳定后,间隙进口环面的径向速度分量锐减,对主流区流态破坏作用减弱,外特性参数偏差消失。
杨二豪[10]（2019）在《低比转速混流式水轮机典型的转轮平压方式研究》文中研究说明低比转速混流式水轮机在结构布局上最突出的几何特征是转轮流道径向部分占比大,极易形成转轮上下间隙空腔压力差异较大的情况,导致机组轴向水推力不平衡,进而出现如抬机、烧瓦等严重事故,对水轮机机组安全稳定运行造成负面影响,国内某些水电站曾经发生过此类现象。随着低比转速混流式水轮机逐渐向巨型化发展,设计和运行水头不断提高,以往传统的水轮机转轮平压方式已经很难适应新的工程需求,故对新型平压技术的专项研究意义重大。本课题以国内某大型水电站为依托,设计水头700m左右,研究了不同的典型平压方式所对应的主要技术参数与水轮机运行工况的关系,得出变化规律。对“间隙平压”方式进行了针对性分析,提出工程参考意见;对“平压管平压”方式作出了理论量化研究,讨论工程应用合理性。目前,国内外关于转轮平压技术研究成果的公开报道或参考文献相当有限,尤其是平压管平压技术在国内还未有成功的设计和使用经验,故本课题的研究成果具有很好的理论和实践价值。本课题针对某水电站的特殊情况,借鉴了工程流体力学和计算流体力学的基本理论,应用了阶段性研究方法,使各阶段的研究目标、方法和成果相辅相成,重点关注了轴向水推力、间隙泄漏量以及容积效率等主要特性参数。第一阶段详细研究了间隙平压方式,确定出了有利转轮间隙设计值;第二阶段到第四阶段则是对平压管平压方式进行研究,首先验证了内平压管设计的合理性,其次探讨了外平压管设计的可行性;期间还对间隙内部流动的涡流结构、密封结构、泄漏量确定方法等重点和难点问题做了专题研究,尤其是独创的“边界条件间接计算法”很大程度上解决了计算精准度问题。工程中采用何种转轮平压方式需要参考水电站的实际水文情况,在设计阶段应考虑多种因素,是相对复杂的综合性问题,本课题对新型平压技术的研究成果可能还不够完善,但技术经验需要不断积累,成果转化亦需要时间,行业发展要求科研技术人员掌握水轮机转轮平压设计的各种方法。另外,本文仅涉及技术验证及方法讨论,具体的设计细节未经合作单位同意不便透露。
二、流态解析在水轮机上的应用（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、流态解析在水轮机上的应用（论文提纲范文）
（1）混流式水轮机转轮下环螺旋密封流动特性及其对机组性能的影响研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 本课题的研究背景和意义 |
| 1.2 国内外研究历史与现状 |
| 1.2.1 关于螺旋密封的研究历史与现状 |
| 1.2.2 关于旋转机械中间隙泄漏的研究历史与现状 |
| 1.3 本文主要内容概述 |
| 2 计算流体动力学方法及数值模型 |
| 2.1 计算流体动力学概述 |
| 2.1.1 流体运动基本控制方程 |
| 2.1.2 三维湍流数值模拟方法 |
| 2.1.3 湍流模型的选取 |
| 2.1.4 边界条件 |
| 2.1.5 计算收敛标准 |
| 2.2 混流水轮机全流道数值模拟 |
| 2.2.1 水轮机全流道模型 |
| 2.2.2 转轮下环密封间隙模型 |
| 2.2.3 网格划分技术 |
| 2.2.4 全流道模型网格生成结果 |
| 2.2.5 网格无关性验证 |
| 2.2.6 计算工况点的选取 |
| 2.3 本章小结 |
| 3 螺旋密封理论基础及参数优化 |
| 3.1 螺旋密封的工作原理 |
| 3.1.1 螺旋密封的泵送流动机理 |
| 3.1.2 螺旋密封的泵送流动方向 |
| 3.2 螺旋密封基本参数 |
| 3.2.1 螺旋密封结构几何参数 |
| 3.2.2 螺旋密封工况参数 |
| 3.3 螺旋密封封液能力公式的推导 |
| 3.3.1 泵送流量 |
| 3.3.2 泄漏流量 |
| 3.3.3 螺旋密封封液能力公式 |
| 3.4 螺旋密封结构参数优化 |
| 3.4.1 建立数学模型 |
| 3.4.2 参数优化结果 |
| 3.5 本章小结 |
| 4 螺旋密封对水轮机性能的影响 |
| 4.1 螺旋密封对水轮机水力性能的影响 |
| 4.1.1 螺旋密封对转轮下环泄漏流量的影响 |
| 4.1.2 螺旋密封结构对水轮机效率的影响 |
| 4.1.3 螺旋密封结构对水轮机轴向水推力的影响 |
| 4.2 螺旋密封对水轮机内部流动的影响 |
| 4.2.1 水轮机内部流场压力分布 |
| 4.2.2 水轮机内部流场速度分布 |
| 4.2.3 密封间隙流场湍动能分布 |
| 4.3 本章小结 |
| 5 螺旋密封对水轮机熵产分布的影响 |
| 5.1 熵产理论介绍 |
| 5.2 水轮机熵产分布 |
| 5.3 间隙熵产率云图分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 6 结论和展望 |
| 6.1 结论 |
| 6.2 展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
（2）混流式转轮出口流场结构与尾水管压力脉动特性的关联机理研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1.绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 国内外研究历史与进展 |
| 1.2.1 理论分析进展 |
| 1.2.2 试验与数值分析研究现状 |
| 1.2.3 尾水管压力脉动的改善措施 |
| 1.3 研究内容与技术路线 |
| 2.数值模拟方法与计算模型 |
| 2.1 流体基本控制方程 |
| 2.2 数值模拟方法与湍流模型 |
| 2.2.1 数值模拟方法 |
| 2.2.2 湍流模型 |
| 2.3 计算模型 |
| 2.3.1 混流式水轮机计算模型 |
| 2.3.2 网格划分 |
| 2.3.3 边界条件设置 |
| 2.3.4 计算结果分析方法 |
| 3.模型试验分析 |
| 3.1 模型试验台简介 |
| 3.2 基本设置和工况选择 |
| 3.2.1 测点布置 |
| 3.2.2 测试工况 |
| 3.3 压力脉动信号分解方法 |
| 3.3.1 信号分解方法 |
| 3.3.2 压力脉动测量与分析 |
| 3.3.3 样本熵简介 |
| 3.4 相对压力脉动幅值特性分析 |
| 3.4.1 开度6下相对压力脉动特性分析 |
| 3.4.2 开度10下相对压力脉动特性分析 |
| 3.4.3 开度14下相对压力脉动特性分析 |
| 3.5 尾水管内压力脉动频域分析 |
| 3.5.1 开度6下频域特性分析 |
| 3.5.2 开度10下频域特性分析 |
| 3.5.3 开度14下频域特性分析 |
| 3.6 本章小结 |
| 4.过流部件的熵产分析 |
| 4.1 熵产理论介绍 |
| 4.2 流场各部件的熵产分析 |
| 4.2.1 导叶分析 |
| 4.2.2 转轮分析 |
| 4.2.3 尾水管分析 |
| 4.3 本章小结 |
| 5.转轮内部流场结构与尾水管压力脉动的相关机理 |
| 5.1 数值计算结果与试验结果比较分析 |
| 5.1.1 效率对比 |
| 5.1.2 尾水管压力脉动结果特性分析 |
| 5.2 转轮内部流动分析 |
| 5.3 转轮叶片的压力分布分析 |
| 5.4 转轮出口面数值模拟分析 |
| 5.4.1 速度场分析 |
| 5.4.2 压力分布规律分析 |
| 5.5 转轮内部流场与尾水管内压力脉动的相关机理 |
| 5.5.1 不同开度下尾水管内流线分布 |
| 5.5.2 尾水管内监测点与压力脉动分布 |
| 5.5.3 尾水管内部涡带演化特性分析 |
| 5.6 本章小结 |
| 6.总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间主要研究成果 |
（3）水电站长压力引水系统水锤及其对结构作用特征研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 研究目的和意义 |
| 1.3 研究现状 |
| 1.3.1 水锤理论分析研究现状 |
| 1.3.2 水锤计算模型研究现状 |
| 1.3.3 水锤数值模拟研究现状 |
| 1.4 研究的主要内容和技术路线 |
| 1.4.1 主要研究内容 |
| 1.4.2 技术路线 |
| 第2章 工程简介 |
| 2.1 工程概况 |
| 2.2 引水管道概况 |
| 第3章 引水系统的二维水锤计算 |
| 3.1 二维水锤计算基本方程及模型建立 |
| 3.1.1 水锤模型的简化方法 |
| 3.1.2 水锤模型的建立 |
| 3.2 1#~6#管道的水锤模拟结果分析 |
| 3.3 小结 |
| 第4章 水锤作用下流态数值模拟分析 |
| 4.1 ANSYS有限元软件简介 |
| 4.2 有限元模型的建立 |
| 4.2.1 建立三维模型 |
| 4.2.2 数学模型的选择 |
| 4.2.3 网格划分及边界条件 |
| 4.3 不同管段的流态模拟分析 |
| 4.3.1 不同管长下渐变段水流流态分析 |
| 4.3.2 不同管长下压力钢管段水流流态分析 |
| 4.3.3 不同管长下竖井段水流流态分析 |
| 4.4 不同管长的模拟结果分析 |
| 4.4.1 渐变段各断面平均流速、压力变化 |
| 4.4.2 压力钢管段各断面平均流速、压力变化 |
| 4.4.3 竖井段各断面平均流速、压力变化 |
| 4.5 结论 |
| 第5章 引水系统中水流与管壁的作用分析 |
| 5.1 有限元模型的建立 |
| 5.1.1 数学模型的基本方程 |
| 5.1.2 建立模型 |
| 5.1.3 定义材料参数 |
| 5.1.4 网格的划分 |
| 5.1.5 边界条件的定义 |
| 5.2 流固耦合模拟结果分析 |
| 5.2.1 渐变段模拟结果分析 |
| 5.2.2 压力钢管段模拟结果分析 |
| 5.2.3 竖井段模拟结果分析 |
| 5.3 小结 |
| 第6章 结论与展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
（4）混流式水轮机部分负荷涡流特性研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 尾水管涡带研究现状 |
| 1.2.1 尾水管涡带成因 |
| 1.2.2 尾水管涡带特征及其影响 |
| 1.2.3 尾水管涡带结构识别和分析 |
| 1.3 叶道空化涡研究现状 |
| 1.3.1 叶道空化涡特征及诱导因素 |
| 1.3.2 叶道空化涡对水力性能的影响 |
| 1.4 论文主要研究内容 |
| 2 水轮机模型试验及数值模拟方法 |
| 2.1 水轮机模型试验 |
| 2.1.1 试验装置 |
| 2.1.2 混流式模型水轮机 |
| 2.1.3 水轮机标定和试验方法 |
| 2.2 水轮机数值模拟基础 |
| 2.2.1 流动控制方程 |
| 2.2.2 湍流及空化模型 |
| 2.2.3 数值格式及近壁面处理 |
| 2.2.4 网格生成及无关性验证 |
| 2.3 本章小结 |
| 3 涡流结构可视化及其时空演化特性研究 |
| 3.1 数值方法的试验验证 |
| 3.2 涡流结构可视化研究 |
| 3.2.1 涡识别准则简介 |
| 3.2.2 Ω准则在涡流结构识别上的应用 |
| 3.2.3 不同涡识别准则涡结构比较分析 |
| 3.3 涡结构时空演化特性 |
| 3.3.1 空泡体积时频特性 |
| 3.3.2 空泡体积强度及相对位置 |
| 3.4 本章小结 |
| 4 涡流结构及其演化对内流的影响研究 |
| 4.1 速度及压力分布 |
| 4.2 流动拓扑分析 |
| 4.3 涡与空化耦合分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 涡流结构演化诱发压力脉动特性研究 |
| 5.1 数值分析压力脉动测点 |
| 5.2 尾水管涡带压力脉动特性 |
| 5.3 叶道空化涡压力脉动特性 |
| 5.4 本章小结 |
| 6 涡流诱发不稳定压力脉动机理及其抑制研究 |
| 6.1 涡结构演化与不稳定压力脉动关联 |
| 6.2 涡流结构抑制研究—以叶道空化涡为例 |
| 6.3 本章小结 |
| 7 研究总结与展望 |
| 7.1 研究工作总结 |
| 7.2 研究主要创新点 |
| 7.3 研究工作展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间主要研究成果 |
（5）活动导叶分布圆直径与下环间隙对混流式水轮机性能的影响（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 水轮机活动导叶的研究进展 |
| 1.2.2 水轮机空化流动的研究进展 |
| 1.2.3 水轮机间隙流动的研究进展 |
| 1.2.4 水轮机压力脉动的研究进展 |
| 1.3 本文研究的主要内容 |
| 2 水轮机内部流场数值模拟研究 |
| 2.1 控制方程 |
| 2.2 湍流数值计算方法 |
| 2.2.1 直接数值模拟(DNS) |
| 2.2.2 大涡模拟(LES) |
| 2.2.3 Reynolds平均法(RANS) |
| 2.3 湍流模型 |
| 2.3.1 标准k-ε模型 |
| 2.3.2 RNG k-ε模型 |
| 2.3.3 标准k-ω模型 |
| 2.3.4 SST模型 |
| 2.4 空化模型 |
| 2.4.1 直接两相流模型 |
| 2.4.2 平均化模型 |
| 2.4.3 Zwart空化模型 |
| 2.5 空化系数的确定 |
| 2.6 本章小结 |
| 3 活动导叶分布圆直径对混流式水轮机能量特性及内部流动的影响 |
| 3.1 计算模型及设计参数 |
| 3.1.1 计算模型及基本设计参数 |
| 3.1.2 技术改造方案 |
| 3.1.3 几何建模与网格划分 |
| 3.1.4 边界条件与计算工况的设置 |
| 3.2 计算结果及分析 |
| 3.2.1 试验验证与外特性分析 |
| 3.2.2 内部流动分析 |
| 3.3 本章小结 |
| 4 活动导叶分布圆直径对混流式水轮机空化性能的影响 |
| 4.1 边界条件与计算工况 |
| 4.2 水轮机空化性能计算结果分析 |
| 4.2.1 空化系数计算结果分析 |
| 4.2.2 活动导叶分布圆直径对混流式水轮机内部空化特性的影响 |
| 4.3 本章小结 |
| 5 活动导叶分布圆直径对混流式水轮机水力稳定性的影响 |
| 5.1 边界条件与计算工况 |
| 5.2 监测点的设置 |
| 5.3 时间步长无关性验证与试验验证 |
| 5.3.1 时间步长无关性验证 |
| 5.3.2 试验验证 |
| 5.4 计算结果分析 |
| 5.4.1 监测点压力无量纲化 |
| 5.4.2 活动导叶分布圆直径对无叶区压力脉动的影响 |
| 5.4.3 活动导叶分布圆直径对转轮域压力脉动的影响 |
| 5.5 本章小结 |
| 6 下环间隙对混流式水轮机水力稳定性的影响 |
| 6.1 下环间隙设计方案与计算域网格 |
| 6.2 下环间隙对水轮机能量特性的影响 |
| 6.3 下环间隙对水轮机内部流场的影响 |
| 6.4 下环间隙对水轮机压力脉动的影响 |
| 6.4.1 间隙内压力脉动分析 |
| 6.4.2 下环间隙对无叶区压力脉动的影响 |
| 6.4.3 下环间隙对转轮域压力脉动的影响 |
| 6.4.4 下环间隙对尾水管压力脉动的影响 |
| 6.5 本章小结 |
| 7 总结与展望 |
| 7.1 论文的主要研究成果总结 |
| 7.2 论文创新点 |
| 7.3 研究工作展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间主要研究成果 |
（6）贯流式水轮机内部的过机鱼类损伤机理研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 国内外研究进展 |
| 1.2.1 鱼类损伤机理的有关研究 |
| 1.2.2 浸没边界—格子Boltzmann方法的应用与研究进展 |
| 1.3 研究问题的提出 |
| 1.4 本文主要研究内容 |
| 2 模拟鱼类过机的数值模拟计算方法 |
| 2.1 流体流动的数学模型简介 |
| 2.2 浸没边界法 |
| 2.3 格子Boltzmann方法 |
| 2.3.1 格子Boltzmann方程简介 |
| 2.3.2 LBM基本模型简介 |
| 2.3.3 格子结构 |
| 2.3.4 边界处理格式 |
| 2.3.5 湍流模型 |
| 3 模拟计算方法步骤与验证计算 |
| 3.1 计算模型 |
| 3.2 计算方法 |
| 3.3 计算工况 |
| 3.4 计算步骤 |
| 3.5 边界条件 |
| 3.6 数值模拟结果 |
| 3.6.1 格子尺度无关性验证 |
| 3.6.2 水轮机外特性分析 |
| 3.6.3 水轮机压力脉动分析 |
| 3.7 本章小结 |
| 4 一条鱼通过贯流式水轮机损伤研究 |
| 4.1 鱼的计算模型 |
| 4.2 在工况1中鱼过机的模拟结果 |
| 4.2.1 鱼计算初始条件设置 |
| 4.2.2 鱼在贯流式水轮机流道中的位移变化分析 |
| 4.2.3 鱼表面压力在流道中的变化分析 |
| 4.2.4 鱼表面压力梯度在流道中的变化分析 |
| 4.2.5 鱼在流场中受到的力与加速度分析 |
| 4.3 鱼在工况2与工况3中过机的损伤分析 |
| 4.3.1 鱼表面的压力变化分析 |
| 4.3.2 鱼表面的压力梯度变化分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 五条鱼通过贯流式水轮机损伤研究 |
| 5.1 五条鱼经过贯流式水轮机流道时的损伤分析 |
| 5.1.1 五条鱼表面的压力变化分析 |
| 5.1.2 五条鱼表面的压力梯度变化分析 |
| 5.1.3 五条鱼在流道中的位移变化分析 |
| 5.2 本章小结 |
| 6 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间的主要成果 |
（7）贯流式水轮机瞬态流动特性研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 选题的背景和意义 |
| 1.2 研究的现状、存在的问题和发展趋势 |
| 1.3 水轮机瞬态过程非定常数值模拟研究概述 |
| 1.3.1 旋转域转速变化数值模拟研究进展 |
| 1.3.2 水轮机包含运动边界数值模拟研究进展 |
| 1.3.3 格子Boltzmann方法发展和应用 |
| 1.4 本文工作简介 |
| 2 流体数学模型和数值模拟方法 |
| 2.1 流体运动数学模型 |
| 2.2 基于连续模型的数值模拟方法 |
| 2.2.1 控制方程 |
| 2.2.2 离散方法 |
| 2.2.3 湍流模型 |
| 2.3 格子Boltzmann方法 |
| 2.3.1 格子Boltzmann方程 |
| 2.3.2 格子结构 |
| 2.3.3 边界条件 |
| 2.3.4 湍流模型 |
| 2.4 本章小结 |
| 3 贯流式水轮机飞逸过程瞬态特性研究 |
| 3.1 贯流式水轮机计算模型与网格划分 |
| 3.2 飞逸过程数值计算方法 |
| 3.2.1 飞逸过程运动方程 |
| 3.2.2 湍流模型与边界条件 |
| 3.2.3 计算流程 |
| 3.3 计算结果分析与实验对比 |
| 3.3.1 飞逸特性试验 |
| 3.3.2 计算工况 |
| 3.3.3 网格无关性验证 |
| 3.3.4 计算结果与实验结果对比 |
| 3.3.5 水轮机工作参数分析 |
| 3.3.6 转动惯量对飞逸过程的影响 |
| 3.3.7 水轮机内部流场分析 |
| 3.3.8 压力脉动分析 |
| 3.4 飞逸过程空化数值研究 |
| 3.4.1 空化模拟控制方程 |
| 3.4.2 边界条件 |
| 3.4.3 宏观参数结果对比 |
| 3.4.4 内部空化特性分析 |
| 3.4.5 压力脉动对比分析 |
| 3.5 本章小结 |
| 4 原型贯流式水轮机事故甩负荷过程瞬态特性研究 |
| 4.1 基于LBM二维圆柱绕流算例验证 |
| 4.2 基于LBM的贯流式水轮机稳态工况算例验证 |
| 4.2.1 计算方法 |
| 4.2.2 格子尺度选择 |
| 4.2.3 计算工况 |
| 4.2.4 计算步骤 |
| 4.2.5 计算结果分析 |
| 4.3 基于LBM模型贯流式水轮机飞逸过程算例验证 |
| 4.4 基于LBM原型贯流式水轮机事故甩负荷瞬态过程模拟 |
| 4.4.1 计算模型建立 |
| 4.4.2 格子尺度和边界条件设置 |
| 4.4.3 导叶运动控制 |
| 4.4.4 工作参数分析 |
| 4.4.5 压力脉动分析 |
| 4.4.6 导叶和转轮力特性研究 |
| 4.4.7 水轮机内部流动分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 5 基于桨叶调节的贯流式水轮机工况转换过程瞬态特性研究 |
| 5.1 物理模型与数值方法 |
| 5.2 工况转换过渡过程计算模型建立 |
| 5.2.1 工况转换途径设定 |
| 5.2.2 活动导叶和桨叶运动控制 |
| 5.2.3 启闭规律设定 |
| 5.3 计算结果分析 |
| 5.3.1 外特性参数 |
| 5.3.2 压力特性分析 |
| 5.3.3 叶片力特性研究 |
| 5.3.4 内部流场分析 |
| 5.4 增负荷过程计算结果分析 |
| 5.5 本章小结 |
| 6 总结与展望 |
| 6.1 论文的主要研究成果 |
| 6.2 论文的主要创新点 |
| 6.3 研究工作展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间主要研究成果 |
（8）一管多机布置抽水东蓄能电站瞬态建模与过渡过程分析（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 水力机械过渡过程研究现状 |
| 1.2.2 抽水蓄能电站一管多机水力过渡过程研究现状 |
| 1.3 调节保证设计行业现状和管理要求 |
| 1.4 本文主要研究内容 |
| 1.5 本文技术路线 |
| 2 数学模型与计算方法 |
| 2.1 引水管道内瞬变流动的控制方程 |
| 2.2 特征线方法 |
| 2.3 数学模型 |
| 2.3.1 水轮机模型 |
| 2.3.2 发电机模型 |
| 2.3.3 调速器模型 |
| 2.3.4 调压室模型 |
| 2.4 管段准则及边界条件 |
| 2.4.1 管系分段 |
| 2.4.2 建立边界条件 |
| 2.5 本章小结 |
| 3 一管多机布置抽水蓄能电站非线性动力学建模与瞬态分析 |
| 3.1 水力系统 |
| 3.2 一管多机抽蓄系统动力学建模 |
| 3.2.1 管道水击动态方程 |
| 3.2.2 水泵水轮机动态方程 |
| 3.3 一管两机布置抽水蓄能电站瞬态工况数值仿真 |
| 3.4 一管多机布置方式抽水蓄能电站极值典型工况研究 |
| 3.4.1 蜗壳末端最大压力 |
| 3.4.2 尾水管最小压力发生工况 |
| 3.4.3 机组最大转速上升发生工况 |
| 3.4.4 引调涌浪最高水位发生工况 |
| 3.4.5 尾调涌浪最高水位发生工况 |
| 3.4.6 计算结论 |
| 3.5 极端工况安全控制标准探讨 |
| 3.5.1 计算控制标准 |
| 3.5.2 安全控制标准建议 |
| 3.6 过渡过程研究计算工况 |
| 3.7 本章小结 |
| 4 一管多机布置方式抽水蓄能电站过渡过程关键因素分析 |
| 4.1 一管多机布置方式的电站转轮特性对水力过渡过程的影响研究 |
| 4.1.1 不同转轮特性曲线分析 |
| 4.1.2 不同的转轮特性曲线计算结果分析 |
| 4.1.2.1 不同的转轮特性曲线对蜗壳末端最大压力的影响 |
| 4.1.2.2 不同的转轮特性曲线对尾水管进口最小压力的影响 |
| 4.1.2.3 不同的转轮特性曲线对机组最大转速上升的影响 |
| 4.1.2.4 不同的转轮特性曲线对尾调涌浪的影响 |
| 4.1.2.5 不同的转轮特性曲线对引调涌浪的影响 |
| 4.1.2.6 不同的转轮特性曲线对输水系统最小压力的影响 |
| 4.1.3 导叶拒动工况下的计算结果分析 |
| 4.1.4 不同机组特性对过渡过程结果影响总结 |
| 4.2 一管多机布置电站输水系统参数对水力过渡过程的影响研究 |
| 4.2.1 调压井的设置对过渡过程的影响 |
| 4.2.1.1 引水调压井 |
| 4.2.1.2 尾水调压井 |
| 4.2.2 调压井阻抗孔直径对过渡过程的影响 |
| 4.2.2.1 引水调压井参数影响 |
| 4.2.2.2 尾水调压井参数影响 |
| 4.2.3 岔管位置对过渡过程的影响 |
| 4.3 本章小结 |
| 5 一管多机布置方式抽水蓄能电站过渡过程计算分析 |
| 5.1 关键因素敏感性分析 |
| 5.1.1 导叶关闭规律对过渡过程的影响 |
| 5.1.1.1 导叶关闭规律对蜗壳动水压力的影响 |
| 5.1.1.2 导叶关闭规律对尾水管真空度的影响 |
| 5.1.1.3 导叶关闭规律对机组转速变化率的影响 |
| 5.1.1.4 计算结果分析 |
| 5.1.2 机组转动惯量GD2对过渡过程的影响 |
| 5.2 一管多机过渡过程计算 |
| 5.2.1 丰宁电站水力干扰计算结果 |
| 5.2.2 沂蒙电站水力干扰计算结果 |
| 5.3 本章小结 |
| 6 抽水蓄能电站泵工况断电飞逸过渡过程研究 |
| 6.1 电站计算模型 |
| 6.1.1 几何模型与计算参数 |
| 6.1.2 网格划分 |
| 6.2 三维过渡过程数值计算方法 |
| 6.2.1 不同区域模型耦合算法 |
| 6.2.2 控制方程和湍流模型 |
| 6.2.3 控制方程离散格式 |
| 6.2.4 泵工况断电过渡过程算法实现 |
| 6.3 计算结果与理论分析 |
| 6.3.1 数值模拟结果与模型试验数据对比 |
| 6.3.2 外特性变化规律分析 |
| 6.3.3 测点压强波动变化特性分析 |
| 6.3.4 内部流场演变规律分析 |
| 6.4 本章小结 |
| 7 论文总结与展望 |
| 7.1 论文主要研究工作总结 |
| 7.2 论文主要创新点 |
| 7.3 研究工作展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 附录 |
（9）水泵水轮机停机瞬态过程流动特性研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题背景及研究的目的和意义 |
| 1.2 国外研究现状 |
| 1.2.1 国外学者对水轮机瞬态过程的研究 |
| 1.2.2 国外学者对水轮机稳定性的研究 |
| 1.3 国内研究现状 |
| 1.3.1 国内学者对水轮机瞬态过程的研究 |
| 1.3.2 国内学者对水轮机稳定性的研究 |
| 1.4 国内外文献综述的简析 |
| 1.5 本文研究内容 |
| 第2章 瞬态过程数值模拟策略 |
| 2.1 模拟的停机瞬态过程概述 |
| 2.2 计算域模型建立与网格划分 |
| 2.2.1 三维流域建模 |
| 2.2.2 计算域网格划分 |
| 2.3 初始及边界条件 |
| 2.3.1 进出口边界条件 |
| 2.3.2 初始条件 |
| 2.4 转轮转速计算 |
| 2.5 动网格更新 |
| 2.6 湍流模型选取 |
| 2.7 网格无关性验证 |
| 2.8 本章小结 |
| 第3章 水泵水轮机停机瞬态过程试验分析 |
| 3.1 试验测点设置 |
| 3.2 停机瞬态过程试验研究概述 |
| 3.3 活动导叶静止工况压力脉动频率分析 |
| 3.4 停机试验压力脉动研究 |
| 3.4.1 停机试验压力脉动时域分析 |
| 3.4.2 停机试验压力脉动时频分析 |
| 3.5 活动导叶关闭过程压力脉动研究 |
| 3.5.1 活动导叶关闭过程压力脉动时域分析 |
| 3.5.2 活动导叶关闭过程压力脉动时频分析 |
| 3.6 本章小结 |
| 第4章 停机瞬态过程动态特性研究 |
| 4.1 数值模拟结果验证 |
| 4.2 停机瞬态过程动态外特性分析 |
| 4.2.1 外特性分析 |
| 4.2.2 转轮力特性分析 |
| 4.3 各部件流动特性分析 |
| 4.3.1 数值模拟压力脉动测点分布 |
| 4.3.2 蜗壳流动特性分析 |
| 4.3.3 双列叶栅流动特性分析 |
| 4.3.4 转轮流动特性分析 |
| 4.3.5 尾水管流动特性分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 考虑间隙流动下的停机瞬态过程动态特性研究 |
| 5.1 考虑间隙流动下的瞬态过程动态外特性分析 |
| 5.1.1 考虑间隙流动下的动态外特性对比 |
| 5.1.2 考虑间隙流动下的转轮力特性对比 |
| 5.2 瞬态过程压力脉动频率对比 |
| 5.3 瞬态过程内部流动分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士期间发表的论文及其他成果 |
| 致谢 |
（10）低比转速混流式水轮机典型的转轮平压方式研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 文中部分符号说明 |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景和意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.3 课题主要工作 |
| 2 数值模拟方法 |
| 2.1 水推力分析及计算方法 |
| 2.2 边界条件确定方法 |
| 2.3 小结 |
| 3 建模与网格处理方法 |
| 3.1 模型建立方法 |
| 3.2 计算域网格划分 |
| 3.3 数值求解过程 |
| 3.4 小结 |
| 4 内部流动特性评价及分析方法 |
| 4.1 特性参数评价方法 |
| 4.2 内部流动分析 |
| 4.3 结果可靠性验证 |
| 4.4 小结 |
| 5 间隙取值对特性参数的影响 |
| 5.1 6 mm方案结果分析 |
| 5.2 10 mm方案结果分析 |
| 5.3 15 mm方案结果分析 |
| 5.4 20 mm方案结果分析 |
| 5.5 25 mm方案结果分析 |
| 5.6 各工况下水推力对比 |
| 5.7 各间隙方案泄漏量对比 |
| 5.8 小结 |
| 6 内平压管结构对特性参数的影响 |
| 6.1 结构合理性验证 |
| 6.2 小结 |
| 7 外平压管布置方式对特性参数的影响 |
| 7.1 外平压管方案结果分析 |
| 7.2 不同平压方式对比 |
| 7.3 外平压管技术补充方案 |
| 7.4 小结 |
| 8 全文总结 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 附录1 项目期间发表论文目录 |
| 附录2 数值模拟计算工况 |
四、流态解析在水轮机上的应用（论文参考文献）
- [1]混流式水轮机转轮下环螺旋密封流动特性及其对机组性能的影响研究[D]. 冯亚君. 西安理工大学, 2021(01)
- [2]混流式转轮出口流场结构与尾水管压力脉动特性的关联机理研究[D]. 陈旻甲. 西安理工大学, 2021
- [3]水电站长压力引水系统水锤及其对结构作用特征研究[D]. 曹瑞. 兰州理工大学, 2021(01)
- [4]混流式水轮机部分负荷涡流特性研究[D]. 孙龙刚. 西安理工大学, 2020
- [5]活动导叶分布圆直径与下环间隙对混流式水轮机性能的影响[D]. 吴子娟. 西安理工大学, 2020(01)
- [6]贯流式水轮机内部的过机鱼类损伤机理研究[D]. 李江. 西安理工大学, 2020
- [7]贯流式水轮机瞬态流动特性研究[D]. 李文锋. 西安理工大学, 2019
- [8]一管多机布置抽水东蓄能电站瞬态建模与过渡过程分析[D]. 苟东明. 西安理工大学, 2019
- [9]水泵水轮机停机瞬态过程流动特性研究[D]. 李国栋. 哈尔滨工业大学, 2019(02)
- [10]低比转速混流式水轮机典型的转轮平压方式研究[D]. 杨二豪. 华中科技大学, 2019(03)