水电站机组安全运行稳定性研究

水电是清洁能源,可再生、无污染、运行费用低,便于电力调峰,有利于提高资源利用率和经济社会的综合效益.抽水蓄能作为水电的重要组成部分,对于保障电力供应、确保电网安全、促进新能源消纳、推动构建清洁低碳安全高效的能源体系、更好服务 "碳达峰""碳中和"战略具有十分重要的意义.自20 世纪 90年代初以来,随着改革开放的深入,国民经济快速发展,常规水电站及抽水蓄能电站建设也进入了快速发展期.现如今,水电与抽水蓄能技术已经可以有效地解决电网系统的负荷发展平衡和清洁能源利用效率问题,对中国电力系统的高效稳定运行起着重要作用.     

快速闸门断流的轴流泵起动过程三维数值模拟

针对轴流泵机组起动过程的研究是泵站安全稳定运行研究的重要环节。为了准确捕捉轴流泵机组在起动过渡过程中的动态特性,建立轴流泵机组的全流道三维模型,采用三维CFD计算软件Fluent,利用基于有限体积法的动网格技术,配合VOF多相流模型对快速闸门断流的轴流泵机组起动过程进行了三维瞬态数值模拟,获得了轴流泵机组起动过渡过程中的流态变化及外特性参数的变化规律。闸门开启时间为60s时,机组起动扬程在12s时达到最大值2.76m,为运行扬程的1.28倍。减小快速闸门开启时间能够降低机组最大起动扬程,但同时会加剧回流及闸门处的水流撞击。计算结果表明:动网格技术结合VOF多相流模型可以较好的应用于快速闸门断流的轴流泵机组起动过渡过程数值模拟中,其结果可为泵站水力设计及轴流泵机组的过渡过程研究提供参考。     

直叶H型潮流水轮机三维数值模拟

为了探究直叶H型潮流水轮机水动力性能的影响因素,在理论分析的基础上,应用大型建模软件UG建立了直叶H型潮流水轮机三维模型,基于滑移网格技术采用Fluent软件对水轮机模型进行三维数值模拟,在保持直叶H型潮流水轮机叶片翼型一定、水轮机密实度相同的条件下,通过改变转轮叶片数以及来流速度,分析了潮流水轮机水动力性能。结果表明,叶片数对直叶H型潮流水轮机水动力性能影响很大,叶片数越多,输出扭矩值越小,当叶片数为3、叶尖速比为1.63时,水轮机最高获能系数为31.21%。     

含重力流支线的泵站加压供水系统水锤防护

针对含重力流支线的长距离泵站加压供水系统的水锤防护问题,以我国东北某大型供水工程为典型示例, 开展水力过渡过程仿真。基于特征线法建立水力系统数学模型,分析无防护事故停泵的极端工况下水泵特性参 数变化及干线管道沿线压力分布。通过理论分析,提出重力流支线末端调流阀在相继关阀工况下引起的水锤波 在某同一位置发生干涉相长时可产生最大水锤升压。对比调流阀相继关阀工况与同时关阀工况,相继关阀工况 所得最大水锤升压比传统认为引起最大水锤升压的同步关阀工况高 4.4%。给出相继关阀工况下各阀门具体是在 何时开始相继动作的计算式,可为含重力流支线输水系统的水锤防护措施的校核提供理论依据。通过优化干线 泵后阀关闭规律和空气阀布设方案的联合防护措施,有效缓解水泵断电过程中的水力不稳定特性,降低机组最大 反转转速 94.95%,同时有效降低输水干线水锤正压极值 33.82%、负压极值 89.24%,水锤防护效果显著。本研究为 含重力流支线的长距离泵站加压供水系统的水锤及其防护提供理论支撑和实践参考。     

水电站小机组过渡过程对大机组的影响

在大机组正常发电运行情况下,对与引水管道相连的小机组开停机时引水岔管的水力特性进行了三维数值模拟计算.采用非结构化网络离散计算区域,利用UDF控制小机组管道的流量来模拟小机组开停机,为保证计算精度,采用二阶迎风格式,在压强-速度关联算法上选择更适合于非定长计算的PISO格式.结果表明:小机组钢管的水锤对大机组钢管内部的...     

有压管道过渡过程的数值计算

基于理想气体状态方程和全新的圆形管道水体积与水深关系数学模型,按照小流量充水原则,结合空气阀的进、排气性质和泄水管的排水特性,对一定的充水流量和不同的放水流量下有压管道充、放水过程中气体压力的变化进行了数值计算。结果表明:在小流量充水的情况下,管内的气体压力不是很高,放水流量越大,对应管段的气体压力越小、管道越危险。     

基于Fluent的泵站侧向前池整流数值模拟及优化

利用三维模拟软件Fluent对泵站前池整流进行数值模拟及水力优化。分析数值模拟结果得出,在一定水力损失范围内,前池的配水渠段加设挡水堰并对其进行改进后,能够明显改善水流流态,有助于减弱甚至消除侧向斜交水流惯性作用产生的偏流现象,为泵站侧向斜交进水方式的研究提供了可供借鉴的研究方法。     

双向轴流泵装置双向发电水力特性分析EI北大核心CSCD

轴流泵在反向发电时,不同运行工况和几何过流形式可能会导致一定的水力不稳定现象。以某泵站双向轴流泵装置为研究对象,应用SST k-ω模型,对其开展双向发电全流道数值模拟。结果表明:额定转速下,轴流泵装置反向发电效率整体高于正向发电;最优工况下,与正向发电相比,反向发电在泵段有较合理的压力分布,流线相对平顺。正向发电导叶出口压力脉动稳定性较差,对比导叶段漩涡演变和叶轮受力变化规律得出,正向发电导叶内部的大尺度漩涡是引起导叶出口压力脉动不规律以及最优工况效率更低的原因,且是引起叶轮径向力更大的本质原因。研究结果可为泵站双向轴流泵装置及前(后)置固定导叶轴流泵装置在发电工况下的运行稳定性提供理论支撑和工程参考。     

运行水头对超低水头两叶片贯流式水轮机空化性能的影响研究

空化通常伴随着振动、噪声、材料损坏,不仅侵蚀流道,还会引起流道堵塞和剧烈的压力振动。对空化位置的准确识别可以有助于预防空蚀破坏,确保机组安全稳定运行。文中建立了超低水头两叶片贯流式水轮机组全流道模型,采用Rayleigh-Plesset模型和SST湍流模型对最小水头、额定水头、极限高水头工况进行了水-水蒸气两相流定常数值模拟计算,探究了不同水头下的空化特性曲线,叶片表面压力分布,扰流区水力损失,以及叶片表面空化位置分布情况。得到的主要结论如下：机组在额定水头和最小水头工况下几乎不会产生空蚀破坏,但在4.25～4.3m水头段内运行极易遭受空蚀破坏。受离心力和叶片形状的影响,空化最容易发生的部位是叶片吸力面靠近轮毂处,当转轮室内发生空化后,主流流态明显变差,流动分离、二次流、漩涡等不良流态都在扰流区域出现,增加了水力损失。在空化系数较小时(2≤σ≤3.5),附着在叶片吸力面的空化形态主要为片状空化及其尾部的类云状空化,类云状空泡的破裂溃灭会对叶片表面造成损伤。该研究能够为两叶片转轮的设计制造、空蚀防护、运行范围选取提供一定的理论参考。     

超低水头两叶片灯泡贯流式水轮机固液两相流研究

超低水头贯流式机组无论在电站增容改造方面,还是在超低水头开发方面,都具有巨大潜力。然而,水流中裹挟的泥沙会对机组运行产生不利影响,在汛期尤为严重,研究泥沙磨损问题对于机组的稳定运行具有重要意义。基于CFX平台,使用k-ε湍流模型,拉格朗日颗粒跟踪模型和Tabakoff and Grant磨损模型对2.1m超低水头下的两叶片灯泡贯流式水轮机进行了固液两相流数值模拟计算。通过实验验证数模计算的可靠性,对比单相及两相流工况下的涡流特性,探究不同泥沙浓度(Cv=1%～10%)、颗粒直径(D=0.1～1mm)对过流部件磨损位置、侵蚀率以及流动特性的影响。结论如下：在清水中加入泥沙颗粒后,泥沙颗粒对旋涡有增强作用;导叶凹面,叶片正面进水侧头部、叶片出水边、叶片轮缘,以及转轮室都是比较容易遭受磨损的部位;随着泥沙颗粒浓度、直径的增加,导叶、叶片及转轮室的磨损面积、磨损程度以及最大磨损率都呈上升趋势;相较于导叶,叶片和转轮室的磨损程度更为严重,在汛期运行时要更加注重磨损防护。