[发明专利]一种基于水锤效应和动网格理论的抽水蓄能电站过渡过程三维模拟方法

摘要

本发明公开了一种基于水锤效应和动网格理论的抽水蓄能电站过渡过程三维模拟方法。首先进行三维建模和网格划分；然后利用用户自定义函数添加水体可压缩性状态方程和控制水泵水轮机机组中活动导叶关闭的函数，采用瞬态求解器对全流道中的流体进行计算；最后，利用后处理软件对计算结果进行处理。本发明在考虑水体压缩性以及活动导叶关闭规律的基础上，对整个抽水蓄能电站过流系统进行三维建模，包括进出水口、输水管道和水泵水轮机机组过流部分，利用三维全流道仿真模型准确、直观地再现了抽水蓄能电站水泵水轮机机组过渡过程中内部流场的瞬态变化，从而为抽水蓄能电站进一步研究提供可靠依据。

主权项

1.一种基于水锤效应和动网格理论的抽水蓄能电站过渡过程三维模拟方法，其特征在于：采用三维CFD方法构建了包括进出水口、输水管道和水泵水轮机机组在内的全流道三维模型，使用用户自定义函数来考虑水体可压缩性并实现活动导叶的关闭规律，真实地模拟了抽水蓄能电站的过渡过程，具体步骤如下：步骤1：构建抽水蓄能电站全流道三维可压缩数学模型；步骤2：根据工程实例，建立全流道三维模型，并进行网格划分；步骤3：根据工程实例，设置初始条件和边界条件；步骤4：求解控制方程，对监测点和监测面进行速度、压力监控；步骤5：利用后处理软件Tecplot 360实现过渡过程中全流道速度场、压力场的可视化；构建抽水蓄能电站三维数学模型需求解液体连续性方程、动量方程，并耦合湍流方程使整个求解系统封闭；步骤1的实现过程为：编写液体可压缩性UDF水体密度计算公式为：其中，和K为分别绝对压力p^*下的液体密度及体积模量，ρ₀为液体绝对参考压力p₀^*下的密度，Δp^*=p^*‑p₀^*为压力差；水锤波速c的计算公式为：（2）编写控制活动导叶关闭的UDF，其控制函数为：其中ω为活动导叶叶片绕控制轴旋转的角速度，t为导叶关闭时间；（3）湍流模型采用RNG k‑e湍流模型。