低水头贯流式水轮机运行特性数值仿真.pdf

２０１３年１０月 第３１卷　第１０期 　 Ｏｃｔ．２０１３ Ｖｏｌ．３１　 Ｎｏ．１０ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７４－８５３０．２０１３．１０．００６ 低水头贯流式水轮机运行特性数值仿真 周大庆，陈世凡，李超 （河海大学可再生能源发电技术教育部工程研究中心，江苏 南京２１１１００） 周大庆 摘要：通过建立非稳态过程的三维湍流数值模拟方法，设定进口压力呈周期性变化，且在转轮转 速处于变化和不变的情况下，对某种新型无调速机构的低水头贯流式水轮机的运行特性进行了 数值模拟．数值计算结果表明：在转轮转速随进口压力变化，且进口压力呈振幅为１４％的正弦变 化时，转速增大和减小的幅度分别为０７６％，０２１％，且其变化趋势滞后进口压力变化 １／４周 期；而流量的变化在极值处分别增大８％和２５％；受进口压力变化的影响，转速变化时水轮机效 率的下降幅度１０７６％大于上升幅度４％．结果同时揭示了在２种情况下，水轮机力矩、流量、功 率以及效率随时间的变化规律，并分析了在进口压力变化过程中，机组转轮区子午截面、转轮叶 片压力场的瞬变过程，可为电站后期电气控制设备的选型提供参考依据． 关键词：低水头贯流式水轮机；无调速机构；压力变化；数值模拟；运行特性 中图分类号：Ｓ２７７．９；ＴＶ７３４１　文献标志码：Ａ　文章编号：１６７４－８５３０（２０１３）１０－０８５６－０６ 　　　 周大庆，陈世凡，李超．低水头贯流式水轮机运行特性数值仿真［Ｊ］．排灌机械工程学报，２０１３，３１（１０）：８５６－８６１． Ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｎｒｕｎｎｉｎｇｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｌｏｗｈｅａｄｐｉｔｔｕｒｂｉｎｅ ＺｈｏｕＤａｑｉｎｇ，ＣｈｅｎＳｈｉｆａｎ，ＬｉＣｈａｏ （ＲｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒｆｏｒＲｅｎｅｗａｂｌｅＥｎｅｒｇｙＧｅｎｅｒａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎ，Ｎａｎｊｉｎｇ，Ｊｉａｎｇｓｕ２１１１００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｅｓｔａｂｌｉｓｈｍｅｎｔｏｆｕｎｓｔｅａｄｙｓｔａｔｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆｔｈｒｅｅｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｔｕｒｂｕｌｅｎｃｅｎｕｍｅｒｉ ｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ，ｏｐｅｒａｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆａｎｅｗｌｏｗｈｅａｄｐｉｔｔｕｒｂｉｎｅｗｉｔｈｏｕｔｇｏｖｅｒｎｏｒｄｅｖｉｃｅｗｅｒｅ ｓｉｍｕｌａｔｅｄｕｎｄｅｒｂｏｔｈｔｈｅｃｏｎｓｔａｎｔａｎｄｖａｒｉｅｄｒｕｎｎｅｒｒｏｔａｔｉｏｎｓｐｅｅｄｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｗｈｉｌｅｔｈｅｉｎｌｅｔｐｒｅｓｓｕｒｅ ｗａｓｃｈａｎｇｉｎｇｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙ．Ｔｈｅｎｕｍｅｒｉｃａｌｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔ ，ｗｉｔｈ１４％ｃｈａｎｇｉｎｇｏｆｔｈｅｉｎｌｅｔｐｒｅｓｓｕｒｅ， ｔｈｅｒｏｔａｔｉｏｎｓｐｅｅｄｃｈａｎｇｅｉｓｕｐｔｏ０．７６％ ａｎｄｄｏｗｎｔｏ０．２１％ ａｎｄｔｈｅｒｏｔａｔｉｏｎｓｐｅｅｄｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎｉｓ ０２５ｃｙｃｌｅｄｅｌａｙｅｄｔｈａｎｔｈａｔｏｆｔｈｅｉｎｌｅｔｐｒｅｓｓｕｒｅ．Ｉｎａｄｄｉｔｉｏｎ，ｔｈｅｆｌｏｗｒａｔｅｃｈａｎｇｅｉｓｕｐｔｏ８％ ａｎｄ ２５％ ａｔｔｈｅｐｅａｋｖａｌｕｅ，ａｓｗｅｌｌａｓｔｈｅｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｃｈａｎｇｅｉｓｄｏｗｎｔｏ１０．７６％ａｎｄｕｐｔｏ４％．Ｔｈｅｖａ ｒｉａｔｉｏｎｌａｗｏｆｔｕｒｂｉｎｅｔｏｒｑｕｅ，ｆｌ