高负荷水轮机尾水管空腔涡现象研究.docx

高负荷水轮机尾水管空腔涡现象研究

目录

研究背景与意义．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3

1.1高负荷水轮机运行特点．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3

1.2尾水管空腔涡现象概述．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4

1.3研究现状分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．6

理论基础．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．7

2.1水轮机基本原理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．8

2.2涡流动力学基础．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9

2.3尾水管结构及流体特性．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．10

研究方法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11

3.1实验研究方法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．13

3.1.1实验设备与装置．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．13

3.1.2数据采集与处理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．15

3.2数值模拟方法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．16

3.2.1模型建立与求解．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．17

3.2.2数值分析技巧．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．20

高负荷水轮机尾水管空腔涡现象分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．21

4.1空腔涡的形成机理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．22

4.1.1涡源分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．23

4.1.2影响因素研究．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．24

4.2空腔涡特性研究．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．26

4.2.1涡量分布特性．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．27

4.2.2涡流强度变化．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．28

4.3空腔涡对水轮机性能的影响．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．29

4.3.1流场影响．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．31

4.3.2效率影响．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．32

优化设计与措施．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．34

5.1尾水管结构优化．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．35

5.1.1尾水管几何形状设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．35

5.1.2尾水管壁面粗糙度优化．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．36

5.2运行参数优化．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．38

5.2.1水轮机转速调节．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．39

5.2.2调速器系统设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．41

应用案例与分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．43

6.1某型高负荷水轮机案例分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．44

6.1.1现场数据采集．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．46

6.1.2案例分析结果．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．48

6.2优化效果评估．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．48

6.2.1性能