[發明專利]一種基于計算流體力學瞬時計算的泵站機組壓力脈動預測方法

有效

• 申請號: 201811283877.0
• 申請日: 2018-10-31
• 公開（公告）號: CN109185211B
• 公開（公告）日: 2019-11-22
• 發明（設計）人: 成立;焦偉軒;車曉紅;周春峰;束明方;蔣紅櫻
• 申請（專利權）人: 揚州大學
• 主分類號: F04D27/00
• 分類號: F04D27/00;G06F17/50
• 代理公司: 32222 揚州蘇中專利事務所(普通合伙)
• 代理人: 許必元<國際申請>=<國際公布>=<進入

本發明涉及一種基于計算流體力學瞬時計算的泵站機組壓力脈動預測方法，通過本發明，采用三維建模軟件對泵站機組進行等尺寸建立模型，通過數值求解方法對泵站機組模型進行多工況計算，通過設置監測點對機組特殊位置壓力脈動進行有效監控采集，并對檢測數據進行時頻譜圖分析預測，彌補物理模型試驗的單一工況和不足，也為泵站機組安全穩定運行管理，避免異常壓力脈動出現提供指導。同時數值模擬計算可以進行多工況計算分析，可以對泵站機組所有可預期工況進行計算分析，極大提高預測效率，簡單方便，成本較低。

技術領域

本發明涉及一種基于計算流體力學瞬時計算的泵站機組壓力脈動預測方法，屬于水利工程領域。

背景技術

平原沿江地區為抗御旱、澇、洪等災害，分布著大量低揚程防洪減災軸流泵。沿江軸流泵運行特點是揚程低、流量大，同時由于長江潮位的變化，使得泵站經常運行至超低揚程，甚至零揚程或負揚程，在此工況下，軸流泵嚴重偏離設計工況，流量超出設計流量20％～30％以上，極易誘發異常水壓力脈動，導致機組強烈共振，嚴重威脅運行安全。

為有效減少泵站機組運行過程異常水壓力脈動現象的產生，防止機組產生共振，提高雙向泵站機組開機安全穩定性，目前已有專利涉及相關措施：授權發明專利CN201410841794提出一種非均勻葉片式導流裝置，能夠最大程度地減少池內渦流、提高葉輪進口流動均勻性并且可以有效的降低壓力脈動。該發明專利能夠有效減少渦流，避免相同成分動靜干涉頻率疊加而引起諧振峰值，降低葉輪的壓力脈動，提高水泵的安全穩定性，但對于大型軸流泵系統共振相關問題并未涉及。授權發明專利CN201210524582提出一種通過選擇合適的活動導葉個數Zg、確定合理的導葉分布圓直徑Dg和確定合理的轉輪到固定邊距離δ等方法，從而達到改善混流式水泵水輪機壓力脈動的方法。該發明專利主要是通過確定導葉等機械部件參數的方法達到導葉后轉輪前壓力脈動、提高抽水蓄能機組運行穩定性的目的。但是該專利主要針對混流式水泵，且對于軸流泵壓力脈動計水力共振問題并未涉及。

現有專利多采用改變過流部件參數等方法改善異常水壓力脈動現象，對于大型泵站機組壓力脈動的預測，提高泵站運行管理安全穩定性，無這方面專利公開。

發明內容

本發明的目的針對上述現有技術的不足，提供一種基于計算流體力學瞬時計算的泵站機組壓力脈動預測方法，基于計算流體力學瞬時計算方法，采用三維建模軟件對泵站機組進行等尺寸建立模型，通過數值求解方法對泵站機組模型進行多工況計算，通過設置監測點對機組特殊位置壓力脈動進行有效監控采集，并對檢測數據進行時頻譜圖分析預測，彌補物理模型試驗的單一工況和不足，也為泵站機組安全穩定運行管理，避免異常壓力脈動出現提供指導。

本發明的目的是這樣實現的，一種基于計算流體力學瞬時計算的泵站機組壓力脈動預測方法，其特征是，包括以下步驟：

(1)通過三維建模軟件對實際泵站機組進行數值模型的建立，在保證等尺寸的同時，也應當保證數值模型盡可能還原泵站機組原型；

(2)采用網格剖分技術對經步驟(1)建立的數值模型進行網格劃分，保證整體網格質量良好有利于提高數值結果準確性；

(3)采用CFD計算軟件對經步驟(2)網格劃分后的數值模型進行任意一工況下定常計算，保證計算殘差值收斂精度低于1.0×10^-4，以定常計算結果為基礎，對數值模型進行監測點設置，監測點包括進水流道監測點、出水流道監測點、葉輪監測點、導葉監測點，并依次設置采樣時間以及采樣頻率，對數值模型再次進行非定常計算，得到采樣時間段內瞬時時刻壓力數據；

(4)通過對各監測點在采樣時間段內瞬時時刻壓力數據的采集，采用經驗模態分解算法對采集的各監測點在采樣時間段內瞬時時刻壓力數據中非穩態數據進行平穩化處理，然后再通過希爾伯特變化獲得時頻譜圖，得到幅值最大處頻率，即主頻；