弗朗西斯涡轮机低负荷压力脉动

弗朗西斯涡轮机低负荷压力脉动

一、混流式水轮机低负荷压力脉动(论文文献综述)

林巧锋,陈齐灯,何中伟,黄叶雯[1](2021)在《贯流式水轮机压力脉动特性及尾水管流态分析》文中研究指明本文以福建高唐水电站灯泡贯流式水轮机真机为研究对象,对贯流式水轮机满负荷工况、额定工况和低负荷工况进行了三维非定常数值模拟,各工况导、桨叶均为各自对应的最优协联角度,来分别研究三种工况压力脉动特性和尾水管的流动情况。结果表明,灯泡贯流式水轮机在导叶进口、转轮进口和尾水管进口压力脉动主要是受叶片通过频率影响,即由转轮旋转所引起的,而在尾水管出口主要受低频压力脉动的影响。同时,满负荷工况时,脉动幅值最小,尾水管流线相对分布均匀,形成的涡量最少,额定工况至低负荷工况,幅值越来越大,尾水管流线也越来越紊乱,漩涡数量明显增加。

黄汉维[2](2021)在《混流式水轮机开机过程导叶小开度区内部流场及单向流固耦合分析》文中进行了进一步梳理水轮机的开机过程往往会引起机组振动和转轮叶片的破坏,导致其性能变差,甚至威胁机组的安全稳定运行。本文以混流式水轮机为研究对象,针对开机过程中的导叶小开度工况展开数值分析。利用动网格控制活动导叶的开启,研究不同导叶开度对水轮机性能的影响,在导叶开启过程中选取1.8°、2.2°、2.7°、3.2°、3.7°、4.2°、4.7°、5.2°、5.7°和6.1°共计10个工况点,来具体分析水轮机内部流态和转轮应力的变化规律。为研究混流式水轮机开机过程对流道内流态特性与转轮结构特性的影响,建立了混流式水轮机全流道几何模型,基于SST湍流模型、单向流固耦合、预应力模态分析,对混流式水轮机展开瞬态数值模拟和流固耦合计算。在开机过程中,随着活动导叶开度的增加,导叶域的高压区逐渐向转轮域延伸,转轮叶片压力最大值先减小后增大,转轮内涡流粘度增大,且涡流粘度较大的区域集中在泄水锥以及转轮出口处,无叶区速度最大值先减小后增大,尾水管内出现明显的脱流现象。然后将流体计算结果加载到固体域上进行流固耦合,发现转轮等效应力最大点主要分布于叶片与下环和上冠的连接处,转轮的变形量最大点主要分布在叶片靠近上冠的部分。随着导叶开度的增加,机组流量的增大,转轮应力逐渐增大。在19.7°、23.5°和31.5°的3个导叶大开度工况点,分别对混流式水轮机展开单向流固耦合计算,将其作为参考对象,对比研究导叶小开度下的转轮结构的应力应变特性。研究发现,相比导叶大开度下的转轮的流固耦合计算结果,开机过程中的导叶小开度下的转轮的最大等效应力较小,而最大变形量较大,开机过程对水轮机叶片的结构特性会产生一定的影响。对不同导叶开度下的转轮进行预应力模态分析,发现不同导叶开度下转轮的模态振型几乎一致。本文研究内容可为混流式水轮机开机过程的特性研究提供一定参考依据。

冯金海[3](2021)在《混流式水轮机偏负荷运行工况稳定性研究》文中研究表明为消减随机间歇能源对电网不稳定性影响,水电将从基础负荷角色转型成为高度灵活可调节能源,这就会使得更多混流式水轮机组常态化运行于偏负荷工况以平衡电网参数。偏负荷工况运行下水轮机机组,将会面临动态负荷不平衡问题,受到高幅值压力脉动、强烈水力振动、高分贝诱导噪声等威胁。随着水轮机设计、制造水平提高与材料进步,混流式水轮机应用由低比转速向高比转速甚至超高比转速迈进。高比转速水轮机运行高效区相对较窄、机组出力容易产生失稳状况。为响应外部电力能源规模化发展和技术进步,这就对高比转速水轮机提出了实质性进步要求,不但要具有较高效率,而且要具有较好稳定性和可靠性。本着保障高比转速混流式水轮机组在新形势下能够安全高效运行目的,本文基于流固耦合理论、熵产理论以及本征正交分解理论,通过计算流体力学数值仿真方法,从水轮机结构、能量和流场等角度出发,详细分析了偏负荷运行工况下高比转速混流式水轮机结构、能量和流场失稳规律和机理。本论文主要包括以下几个方面:(1)基于流固耦合理论,以负荷为变化参数,研究混流式水轮机转轮结构在偏负荷运行工况下结构特性,分析不同负荷工况下转轮结构应力、变形等结构强度评估关键问题,探究不同负荷工况转轮结构预应力模态和湿模态,分析转轮结构固有频率和共振振型变化规律。所得结果可为高比转速水轮机机组健康运行提供理论参考。(2)基于熵产理论,对偏负荷运行工况下混流式水轮机内部能量损失进行系统研究,定量分析偏负荷运行工况下混流式水轮机内部不同区域能量损失特点,精确捕捉混流式水轮机产生水力损失的具体位置,实现对偏负荷工况下混流式水轮机能量稳定性精准预测。所得结论可为混流式水轮机优化设计和拓宽高比转速混流式水轮机高效区提供一定理论支持。(3)基于快速傅里叶变换,针对混流式水轮机柔性运行过程负荷变化,研究不同负荷工况蜗壳、转轮及尾水管等关键部位压力脉动规律,分析压力脉动与转频、叶频以及倍频之间耦连机理,从静压、湍动能和涡量等角度,探究影响偏负荷工况混流式水轮机流场失稳规律。所得结论可为混流式水轮机偏负荷工况柔性运行过程降低水力激振提供一定理论指导。(4)基于涡动力学原理,针对混流式水轮机柔性运行过程负荷变化,分析不同负荷工况下尾水涡带演化机理。基于本征正交分解理论,对尾水涡带进行模态分解,探究偏负荷工况尾水涡带相干结构,捕获不同尺度涡演化规律。所得结果可为混流式水轮机柔性运行过程消减尾水摆动,改善混流式水轮机全流道流态失稳提供相关建议。

孙国勇[4](2021)在《混流式水轮机内流相干结构演变分析》文中提出近年来,随着风、光等可再生新能源装机规模快速增长,越来越多的水电站作为调节者的身份开始投产运行。这对水轮机的稳定运行提出了更高的要求,需要其能在较大工况范围内工作,但作为水电站将水流动能转化为电能的核心部件-混流式水轮机,其最优运行范围相对较小,在偏离最优工况运行时往往会使得内部流场流动变得复杂,造成水轮机的稳定性问题。水轮机稳定运行问题的诱发因素有很多,主要包括电磁,机械和水力,其中影响最严重是水力因素。水力因素的影响主要体现在内流场周期发展的相干机构(如叶道涡,尾水涡,卡门涡等)诱发的波动压力频率与结构固有频率一致,导致机组甚至厂房产生共振。现有的涡准则可以可视化涡结构,但是通过这些方法无法提取出不同频率的相干结构。为此本文采用动力学模态分解的方法,对转轮单流道和尾水管锥管段流场进行了特征模态分解,研究了各单一频率对应的相干结构和动力学信息,以期为水电站稳定运行和水轮机的优化设计提供指导和参考。论文首先推导了动力学模态分解(DMD)算法,编写和优化了DMD算法代码,并以圆柱绕流问题为例,进行动力学模态分解算法模态分解分析和重构及预测流场能力的误差分析,验证了DMD算法应用的准确性和可靠性。其次,对Fracis-99水轮机模型进行前处理,包括几何建模,网格划分。然后进行了三个不同工况(部分负荷PL、最优工况BEP、高负荷HL)混流式水轮机全流道数值模拟。通过外特性、监测点脉动压力均值等参数的数值和实验数据对比,验证了数值模拟结果的准确性,在此基础上进行了尾水管涡带尺度和旋度变化规律分析。三个工况下数值计算结果和实验数据基本吻合。PL涡带尺度最大,旋度最高,沿轴向向下,涡带的尺度逐渐变大,但螺旋向下发展的能量越来越小。BEP涡带尺度中等,旋度最小,沿轴向向下,涡带的尺度逐渐变大。HL涡带尺度最小,旋度中等,沿轴向向下,涡带的尺度逐渐变小。最后,以数值模拟结果和数据为样本,利用DMD方法分析了三个工况转轮单流道和尾水管锥管段内三维相干结构及其动力学信息。三个不同工况BEP相干结构最稳定,HL次之,PL流场的相干结构稳定性最差;捕获到了各阶模态对应的相干结构时空的发展过程以及位置和形态;DMD方法能够精准重构流场,误差为10-12左右,对于预测流场的误差相对重构流场的误差会有阶跃式增大,但误差最后均稳定在10-2左右。

李凤[5](2021)在《考虑尾水激励的水轮机调节系统时频域特征信息分析》文中研究说明为适配能源变革发展,水电机组常处于偏设计工况运行,且工况转换频繁,机组内水力激励特别是尾水激励波动剧烈,威胁水电机组安全稳定运行。目前,对尾水激励时域分析和频域分析研究比较丰富,但从时频域角度同时定量分析尾水激励时域和频域的时变幅频特性研究尚不充足。因此,综合考虑尾水激励影响,建立更精确的水轮机调节系统非线性数学模型,并依此探究偏设计工况下尾水激励时频域特征信息,这对从瞬时能量角度深入研究水电机组运行稳定性工作具有重要意义。本论文主要研究内容和结论可概括为以下三方面:(1)精细化水轮机调节系统非线性数学模型。本文利用特征线法、等效电路法和薄板样条插值法建立含尾水管的水轮机调节系统非线性数学模型,通过空间离散法解决水轮机—尾水管交界面参数传递问题。参考NTNU-挪威科技大学Francis-99研讨会提供的实验数据,利用MATLAB数值模拟平台模拟分别对稳态工况和暂态工况进行数值模拟,并从时域角度进行模型验证。结果表明,稳态工况尾水激励数值模拟结果能呈现波动周期(0.70s)和波动范围(±0.74)等特征信息,暂态工况各水力激励信息如水轮机水头、流量和尾水激励等,数值模拟相对误差基本都在5%以内。该工作为探究水电机组偏设计工况运行稳定性提供可靠理论模型基础。(2)实现从时频域角度精准提取尾水激励特征信息。本文利用遗传算法和样本熵改进变分模态分解方法,避免其因预设参数误差而造成的分解不准确现象。设定尾水激励数学模拟信号,对改进算法进行方法论证与数据分析。结果表明,与常规方法(经验模态分解方法)和原算法(变分模态分解方法)相比,改进变分模态分解算法对尾水激励数学模拟信息号的特征提取更为精准,幅值相对误差在4.55%以内,频率相对误差在4.3%以内。该工作为研究尾水激励时频域特征信息提供技术支撑。(3)从时频域角度定量分析尾水激励频率特性和能量特性信息。本文利用改进变分模态分解算法对稳态工况和暂态工况尾水激励实测数据进行时频域分析,通过分析各频段信息成分及来源说明本文模型尾水激励数值模拟频段范围(低频段)。进一步地,利用数值模拟从时域和时频域角度综合探究导叶关闭时间对尾水激励影响,确定合理导叶关闭时间。结果表明,(1)实测尾水激励主要包含高频信号(30.27fn)、低频信号((0.17~0.50)fn)、驻波信号(2.87fn、7.60fn)和系统激励源等成分,其中,本文模型可模拟由尾水涡带引起的低频段尾水激励;(2)导叶关闭时间越长,尾水激励发展过程越平稳,尾水管进口真空度数值越小;(3)过度延长导叶关闭时间,尾水激励减弱效果不大;(4)就本次模拟条件,导叶关闭时间宜选定在2.3s~3.3s,此时尾水管进口真空度较小,尾水激励频率及能量波动较平稳。相关研究结果可为保障机组稳定运行提供指导。

吴金荣,郑志太,徐洪泉,廖翠林,张驰也[6](2021)在《混流式水轮机大负荷压力脉动模型试验研究》文中认为混流式水轮机涡带压力脉动是引起水电机组剧烈振动的主要水力因素之一,其关注重点是低负荷偏心涡带,对大负荷直涡则研究较少。但是,在部分水电站大负荷压力脉动很严重,有的甚至引起尾水管底板撕裂、转轮掉块等问题,严重影响电站运行安全。本文重点介绍了某混流式模型水轮机进行大负荷压力脉动试验的方法及结果。试验过程中,在测量压力脉动的同时观测记录了尾水管内流态,并选择部分大负荷工况进行了变空化系数试验。试验发现,在混流式水轮机大负荷工况,尾水管涡带均为直涡;单位流量越大,涡带空腔直径越大,压力脉动幅值越大;单位转速越高,涡带空腔直径越小,压力脉动幅值却越大;最大幅值多发生在内顶盖测点。随空化系数降低,涡带空腔直径增大,压力脉动幅值增加,低空化系数的峰值可达能量工况幅值的10多倍。本文还应用空化空腔危害水力机械稳定性理论及自由涡原理分析了尾水管涡带在大负荷工况均为直涡的原理,并结合观测结果论证分析了叶道涡对高单位转速、大流量工况压力脉动的影响,指出直涡和叶道涡是造成大负荷压力脉动幅值攀升的两个关键因素。

孙龙刚[7](2020)在《混流式水轮机部分负荷涡流特性研究》文中提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。

唐正强[8](2020)在《混流式水轮机叶道涡试验及数值研究》文中进行了进一步梳理在偏工况下,叶道涡是转轮叶片进口冲角过大和转轮内部狭长弯曲流道的综合作用而产生。当混流式水轮机在偏离设计工况下运行时,水流会在转轮上冠进口处发生二次流和脱流,在转轮下环出口处可以看到有一连串的涡束流出,这一连串的涡束就是叶道涡。转轮流道内出现叶道涡时,可能对叶片诱发空化空蚀;叶道涡发展到一定程度时会引发水轮机组和相邻混凝土构件的水力振动。本研究采用CFD技术对混流式水轮机内部流动进行数值计算与分析,分析转轮流道内叶道涡的初生与发展以及叶道涡引起的压力脉动,应用PIV技术对混流式水轮机内部流动进行测试,分析混流式水轮机内部流场的流动形态。通过对叶道涡初生工况和发展工况的流线图、湍流动能图以及叶道涡压力脉动进行分析,研究混流式水轮机叶道涡的流动特性及其影响。主要研究内容如下:1、对测试用的水轮机蜗壳、导叶、转轮装置进行了局部改装设计成具有透明观察窗,适用PIV系统对转轮内部流场的试验测试。2、利用PIV view 3C软件和Tecplot软件,处理试验数据,得到了转轮流道内部流场的流线图,观察和比较了叶道涡初生现象和叶道涡发展现象。3、结合试验水轮机的设计资料,对水轮机应用UG软件进行了全流道三维建模,并借助ICEM和Turbogrid分别对三维模型进行了网格划分。4、采用SST湍流模型,应用CFD软件对试验水轮机全流道进行定常与非定常的分析计算,定常计算主要分析转轮区域的流线图、湍流动能云图、压力分布图、速度分布图,以及叶片的压力分布图和对应叶片的压力数据等;非定常计算主要分析叶道涡的压力脉动。

邓聪[9](2020)在《低比转速混流式水轮机转轮叶道涡流动特性研究》文中提出水轮发电机组时常会承载着电网的调峰调频任务,机组出力的频繁改变导致水轮机难免地会在非最优工况下运行。当混流式水轮机运行在非最优的工况点时,流道进口处的水流与叶片之间无法满足零冲角入流,水流在叶片前缘头部区域脱流后形成叶道涡。叶道涡的出现会导致转轮叶片受力不均,将会造成机组的异常噪声与振动,极大地影响水轮发电机组的安全高效稳定运行。本文通过PIV试验对低比转速混流式水轮机偏工况下运行时的内部流动状态进行测量,利用本征正交分解原理对试验数据进行分析处理,结合NUMECA软件对水轮机内部流动进行数值模拟计算。本文研究的主要内容和结论如下:1、对模型水轮机进行局部区域可视化处理,根据水轮机的结构搭建PIV试验系统,对水轮机转轮进口处1/2叶高处平面的截面进行测量。A1-404工况与A2-404工况的绝对速度流线较为均匀,不同时刻的流场结构并无明显变化;A1-606工况和A2-606工况的绝对速度流场中均出现了不同尺度大小的旋涡,流动状态并不稳定。2、利用速度三角形分解绝对速度,对分解得到的相对速度的速度大小与流线结构进行分析。A1-404工况相对速度流线接近圆弧线,容易形成旋涡;A2-404工况的水流以接近零冲角状态流入,并未出现明显旋涡结构。A1-606工况与A2-606工况的相对速度流场中出现明显的大尺度旋涡结构,流动状态比较紊乱。3、基于本征正交分解原理,对相对速度流场进行降维分析,提取出原始输入流场数据中的主要流动模态结构。4、对模型水轮机的蜗壳、导水机构、转轮及尾水管建立三维模型和结构化网格的划分,对上述计算域进行全流道的三维定常湍流流动数值模拟计算,分析叶片的表面压力云图、不同叶高流面的流速与流线结构。结果表明叶道涡的分布位置与进口水流的冲角有关。

吴子娟[10](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》文中进行了进一步梳理对于混流式水轮机,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。

二、混流式水轮机低负荷压力脉动(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、混流式水轮机低负荷压力脉动(论文提纲范文)

(1)贯流式水轮机压力脉动特性及尾水管流态分析(论文提纲范文)

0 引言
1 模型及计算工况
    1.1 贯流式水轮机基本参数
    1.2 几何模型及网格划分
    1.3 数值计算方法及边界条件设置
2 贯流式水轮机压力脉动特性及尾水管流态分析
    2.1 压力脉动分析
    2.2 尾水管流态分析
3 结论

(2)混流式水轮机开机过程导叶小开度区内部流场及单向流固耦合分析(论文提纲范文)

摘要
abstract
1 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 CFD方法与动网格在流体机械中的应用
        1.2.2 流固耦合在流体机械中的应用
        1.2.3 导叶小开度区水轮机内部流动及应力分析研究进展
    1.3 本文主要工作内容
2 数值模拟基本理论
    2.1 计算流体动力学基本理论
        2.1.1 流动基本控制方程
        2.1.2 湍流模型
    2.2 动网格基本方法
        2.2.1 弹簧近似方法
        2.2.2 弹性体方法
        2.2.3 扩散光顺法
        2.2.4 局部重构网格
    2.3 有限元分析基本理论
    2.4 流固耦合基本原理
    2.5 本章小结
3 瞬态过程数值模拟策略
    3.1 模拟的水轮机开机瞬态过程
    3.2 计算域模型建立与网格划分
        3.2.1 三维流域建模
        3.2.2 计算域网格划分
    3.3 进出口边界条件
    3.4 湍流模型选取
    3.5 动网格技术
        3.5.1 导叶运动轨迹的推导
        3.5.2 CFX中动网格的设置
        3.5.3 时间步长的确定
    3.6 网格无关性验证
    3.7 本章小结
4 水轮机开机过程流动计算与分析
    4.1 性能对比
    4.2 压力场分析
    4.3 转轮叶片表面压力分析
    4.4 转轮内流态分析
    4.5 速度场分析
    4.6 尾水管内流态分析
    4.7 本章小结
5 水轮机开机过程转轮应力分析
    5.1 流固耦合计算方法与计算工况点
    5.2 转轮结构计算模型及边界条件
    5.3 开机过程转轮应力变化规律
    5.4 开机过程转轮变形量变化规律
    5.5 模态分析
    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)混流式水轮机偏负荷运行工况稳定性研究(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 混流式水轮机结构稳定性研究现状
        1.2.2 混流式水轮机能量稳定性研究现状
        1.2.3 混流式水轮机流场稳定性研究现状
        1.2.4 本征正交分解理论研究现状
    1.3 研究目标及研究内容
        1.3.1 研究目标
        1.3.2 研究内容
    1.4 研究方法及技术路线
        1.4.1 研究方法
        1.4.2 技术路线
第二章 混流式水轮机数值计算原理及前处理
    2.1 引言
    2.2 数值计算原理
        2.2.1 流体动力学控制方程
        2.2.2 控制方程离散数值方法
        2.2.3 三维湍流模型及其应用
    2.3 混流式水轮机三维建模及网格划分
        2.3.1 混流式水轮机三维建模
        2.3.2 混流式水轮机网格划分
    2.4 网格无关性验证
    2.5 偏负荷运行工况选取
        2.5.1 计算工况点选取
        2.5.2 外特性检验
    2.6 本章小结
第三章 混流式水轮机结构稳定性
    3.1 引言
    3.2 流固耦合理论
        3.2.1 流固耦合基本控制方程
        3.2.2 流固耦合方程求解方式
    3.3 流固耦合计算约束及荷载
        3.3.1 转轮结构几何模型及网格划分
        3.3.2 转轮结构流固耦合计算约束类型及荷载
    3.4 混流式水轮机转轮结构强度分析
        3.4.0 转轮流体单元压力
        3.4.1 转轮结构等效应力
        3.4.2 转轮结构等效变形
        3.4.3 转轮结构强度校核
    3.5 混流式水轮机转轮结构振动分析
        3.5.1 转轮结构固有频率
        3.5.2 转轮结构模态振型
        3.5.3 转轮结构共振判定
    3.6 本章小结
第四章 混流式水轮机能量稳定性
    4.1 引言
    4.2 熵产理论
    4.3 能量损失分布特征
        4.3.1 熵产模型可靠性验证
        4.3.2 能量损失分布
        4.3.3 不同类型熵产分布
    4.4 偏负荷工况混流式水轮机熵产率分布
        4.4.1 混流式水轮机蜗壳熵产率分布
        4.4.2 混流式水轮机双列叶栅熵产率分布
        4.4.3 混流式水轮机转轮熵产率分布
        4.4.4 混流式水轮机尾水管熵产率分布
    4.5 偏负荷工况混流式水轮机能量损失机理
        4.5.1 混流式水轮机蜗壳流速分布
        4.5.2 混流式水轮机双列叶栅流速分布
        4.5.3 混流式水轮机转轮流速分布
        4.5.4 混流式水轮机尾水管流速分布
    4.6 本章小结
第五章 混流式水轮机流场稳定性
    5.1 引言
    5.2 混流式水轮机压力脉动
        5.2.1 混流式水轮机非定常数值计算
        5.2.2 压力脉动检测点布置
        5.2.3 尾水管压力脉动频域分析
        5.2.4 转轮压力脉动频域分析
        5.2.5 蜗壳压力脉动频域分析
    5.3 混流式水轮机压力分布时间演化
        5.3.1 混流式水轮机蜗壳压力分布
        5.3.2 混流式水轮机双列叶栅压力分布
        5.3.3 混流式水轮机转轮压力分布
        5.3.4 混流式水轮机尾水管压力分布
    5.4 混流式水轮机湍动能时间演化
        5.4.1 混流式水轮机蜗壳湍动能分布
        5.4.2 混流式水轮机双列叶栅湍动能分布
        5.4.3 混流式水轮机转轮湍动能分布
        5.4.4 混流式水轮机尾水管湍动能分布
    5.5 混流式水轮机涡量时间演化
        5.5.1 混流式水轮机蜗壳涡量分布
        5.5.2 混流式水轮机双列叶栅涡量分布
        5.5.3 混流式水轮机转轮涡量分布
        5.5.4 混流式水轮机尾水管涡量分布
    5.6 本章小结
第六章 混流式水轮机尾水涡带分析
    6.1 引言
    6.2 本征正交分解理论
    6.3 尾水涡带时间演化
        6.3.1 80%负荷工况尾水涡带分析
        6.3.2 70%负荷工况尾水涡带分析
        6.3.3 60%负荷工况尾水涡带分析
        6.3.4 50%负荷工况尾水涡带分析
        6.3.5 40%负荷工况尾水涡带分析
    6.4 尾水流线时间演化
        6.4.1 80%负荷工况尾水流线分析
        6.4.2 70%负荷工况尾水流线分析
        6.4.3 60%负荷工况尾水流线分析
        6.4.4 50%负荷工况尾水流线分析
        6.4.5 40%负荷工况尾水流线分析
    6.5 尾水模态分解
        6.5.1 80%负荷工况尾水模态分解
        6.5.2 70%负荷工况尾水模态分解
        6.5.3 60%负荷工况尾水模态分解
        6.5.4 50%负荷工况尾水模态分解
        6.5.5 40%负荷工况尾水模态分解
    6.6 本章小结
第七章 结论与展望
    7.1 结论
    7.2 创新点
    7.3 展望
参考文献
致谢
个人简历

(4)混流式水轮机内流相干结构演变分析(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 研究进展
        1.2.1 混流式水轮机内流场相干结构研究现状
        1.2.2 动力学模态分解方法研究现状
    1.3 本论文主要内容
    1.4 技术路线
第二章 数值计算及DMD方法基本理论
    2.1 数值计算方法
        2.1.1 基本方程
        2.1.2 湍流模型
        2.1.3 多参考坐标系
        2.1.4 滑移网格模型
    2.2 动力学模态分解方法
        2.2.1 DMD方法基本原理
        2.2.2 DMD数据处理流程
    2.3 本章小结
第三章 DMD方法分解及重构预测流场误差分析
    3.1 引言
    3.2 数值模拟
        3.2.1 圆柱绕流数值模拟
        3.2.2 数值模拟结果验证
        3.2.3 卡门涡街发展过程
    3.3 DMD结果及误差变化分析
        3.3.1 卡门涡发展阶段
        3.3.2 卡门涡稳定脱落阶段
    3.4 本章小结
第四章 数值模拟前处理与结果验证及分析
    4.1 混流式水轮机模型前处理
        4.1.1 几何建模
        4.1.2 网格划分
        4.1.3 数值计算
    4.2 结果验证分析
        4.2.1 水轮机外特性验证
        4.2.2 监测点压力脉动均值验证
        4.2.3 尾水管速度分布验证
    4.3 本章小结
第五章 混流式水轮机内流相干结构时空演变分析
    5.1 动力学模态分解流场分析
        5.1.1 转轮流场DMD分析
        5.1.2 尾水管流场DMD分析
    5.2 动力学模态分解流场重构预测分析
        5.2.1 转轮流场重构及预测
        5.2.2 尾水管流场重构及预测
    5.3 本章小结
第六章 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
参考文献
附录
致谢
个人简历

(5)考虑尾水激励的水轮机调节系统时频域特征信息分析(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 尾水激励研究方法
        1.2.2 水轮机调节系统非线性模型
        1.2.3 水力激励时频域特征信息提取方法
    1.3 研究内容、研究方法及技术路线
        1.3.1 研究内容及研究方法
        1.3.2 技术路线
第二章 含尾水管的水轮机调节系统非线性数学建模
    2.1 水轮机调节系统建模
        2.1.1 压力引水系统建模
        2.1.2 水轮机建模
        2.1.3 尾水管建模
        2.1.4 过渡过程计算流程
    2.2 模型验证
        2.2.1 挪威水电实验室
        2.2.2 稳态工况模型验证
        2.2.3 暂态工况模型验证
    2.3 本章小结
第三章 尾水激励时频域特征信息提取方法研究
    3.1 解析信号原理
        3.1.1 Hilbert变换
        3.1.2 解析信号
    3.2 经验模态分解
        3.2.1 EMD原理简介
        3.2.2 EMD算法流程
    3.3 变分模态分解
        3.3.1 变分问题的构造
        3.3.2 变分问题的求解
        3.3.3 VMD算法流程
        3.3.4 变分模态时频光谱
    3.4 改进变分模态分解
        3.4.1 样本熵
        3.4.2 遗传算法
        3.4.3 GA-VMD算法流程
    3.5 方法论证与数据分析
        3.5.1 尾水激励模拟信号
        3.5.2 基于EMD分解的方法论证与数据分析
        3.5.3 基于VMD分解的方法论证与数据分析
        3.5.4 基于GA-VMD分解的方法论证与数据分析
    3.6 本章小结
第四章 尾水激励时频域特征信息分析
    4.1 稳态工况尾水激励时频域特征信息分析
        4.1.1 实测尾水激励各分量波形
        4.1.2 实测尾水激励各分量频谱
        4.1.3 实测尾水激励各频段能量分析
    4.2 暂态工况尾水激励时频域特征信息分析
        4.2.1 实测尾水激励时频域分析
        4.2.2 模拟尾水激励时频域分析
    4.3 导叶关闭时间对尾水激励的影响
        4.3.1 导叶关闭时间对尾水激励时域特性影响
        4.3.2 导叶关闭时间对尾水激励时频域特性影响
    4.4 本章小结
第五章 总结与展望
    5.1 总结
    5.2 展望
参考文献
致谢
个人简历

(7)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

(8)混流式水轮机叶道涡试验及数值研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 课题来源
    1.2 课题研究的背景、目的和意义
    1.3 国内外研究现状
        1.3.1 水轮机叶道涡
        1.3.2 水轮机领域的PIV测试技术
    1.4 主要研究内容
2 水轮机内部流动数值计算方法及PIV测试技术原理
    2.1 计算流体动力学
    2.2 流体运动基本方程
    2.3 湍流模型
    2.4 PIV测试原理
3 叶道涡PIV试验测试
    3.1 PIV试验测试装置
        3.1.1 水轮机试验测试装置的局部透明设计
        3.1.2 PIV测试系统
        3.1.3 PIV测试装置安装与调试
    3.2 试验工况的选择
    3.3 PIV测试试验步骤
    3.4 PIV试验数据处理
    3.5 PIV试验结果分析
        3.5.1 转轮内部流场的流动分析
        3.5.2 瞬态结果分析
    3.6 本章小结
4 混流式水轮机内叶道涡的计算与分析
    4.1 水轮机的基本参数
    4.2 三维几何模型建立
    4.3 网格划分
    4.4 边界条件与计算工况
        4.4.1 边界条件
        4.4.2 计算工况
    4.5 计算方法验证
    4.6 水轮机转轮内部流动的数值模拟及结果分析
    4.7 本章小结
5 混流式水轮机叶道涡压力脉动计算分析
    5.1 非转轮区监测点结果分析
    5.2 转轮区监测点结果分析
6 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表论文及科研成果
致谢

(9)低比转速混流式水轮机转轮叶道涡流动特性研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 课题来源
    1.2 研究背景与意义
    1.3 国内外研究现状
        1.3.1 叶道涡试验研究现状
        1.3.2 叶道涡数值计算研究现状
        1.3.3 PIV技术研究现状
        1.3.4 本征正交分解研究现状
    1.4 主要研究内容
2 水轮机模型试验系统
    2.1 多相流流动试验平台及测试控制系统
    2.2 水轮机组试验装置设计与改造
        2.2.1 水轮机组过流部件局部透明化
        2.2.2 水轮机转轮局部透明化
    2.3 PIV试验系统
        2.3.1 PIV测试技术原理
        2.3.2 PIV测试系统
    2.4 本章小结
3 混流式水轮机转轮叶道涡PIV试验测试
    3.1 试验工况
    3.2 试验过程
    3.3 试验数据处理
        3.3.1 获取图片数据
        3.3.2 速度数据分解
    3.4 试验数据分析
        3.4.1 绝对速度流场分析
        3.4.2 相对速度流场分析
    3.5 基于本征正交分解的PIV数据处理与分析
        3.5.1 本征正交分解原理
        3.5.2 本征正交分解数据处理
        3.5.3 本征正交分解处理结果分析
    3.6 本章小结
4 混流式水轮机叶道涡数值模拟与分析
    4.1 水轮机基本参数
    4.2 水轮机三维模型与网格
        4.2.1 过流部件三维建模
        4.2.2 过流部件网格划分
    4.3 水轮机数值模拟计算
        4.3.1 控制方程
        4.3.2 湍流模型
        4.3.3 边界条件
    4.4 数值模拟结果与分析
        4.4.1 A1-404 工况分析
        4.4.2 A1-606 工况分析
    4.5 本章小结
5 结论与展望
    5.1 结论
    5.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表论文及科研成果
致谢

(10)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

四、混流式水轮机低负荷压力脉动(论文参考文献)

  • [1]贯流式水轮机压力脉动特性及尾水管流态分析[J]. 林巧锋,陈齐灯,何中伟,黄叶雯. 水电与抽水蓄能, 2021(05)
  • [2]混流式水轮机开机过程导叶小开度区内部流场及单向流固耦合分析[D]. 黄汉维. 西安理工大学, 2021(01)
  • [3]混流式水轮机偏负荷运行工况稳定性研究[D]. 冯金海. 西北农林科技大学, 2021(01)
  • [4]混流式水轮机内流相干结构演变分析[D]. 孙国勇. 西北农林科技大学, 2021(01)
  • [5]考虑尾水激励的水轮机调节系统时频域特征信息分析[D]. 李凤. 西北农林科技大学, 2021(01)
  • [6]混流式水轮机大负荷压力脉动模型试验研究[J]. 吴金荣,郑志太,徐洪泉,廖翠林,张驰也. 水电站机电技术, 2021(05)
  • [7]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
  • [8]混流式水轮机叶道涡试验及数值研究[D]. 唐正强. 西华大学, 2020(01)
  • [9]低比转速混流式水轮机转轮叶道涡流动特性研究[D]. 邓聪. 西华大学, 2020(01)
  • [10]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)

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弗朗西斯涡轮机低负荷压力脉动
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