水泵水轮机压水充气过程的非稳态数值模拟湍流模型比较

张 新，赵俊龙，舒崚峰，陈顺义，方 杰

（1.中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，杭州 311122；2.中山大学中法核工程与技术学院，广东珠海 519082）

0 引 言

抽水蓄能是目前电力系统中应用最为广泛、寿命周期最长、容量最大、技术最成熟的一种储能技术［1，2］，随着风电和太阳能等随机性间歇可再生能源装机的快速增长、核电开发加快、超高压远距离输电、柔性直流电网等发展，抽水蓄能电站将对电网的储能调节作用和安全运行保障有更重要的作用［3，4］。水泵水轮机是抽水蓄能电站的核心装置，要兼顾水泵抽水和水轮机发电两种运行工况。压水气系统主要用于电站的发电调相以及抽水调相工况，用于调控机组在抽水泵工况和发电水轮机工况之间的平稳转换［5］。如图1所示，压水气系统的工作原理，是通过向水轮机转轮室内通入压缩空气的方法，将液面压至转轮以下，使转轮在可压缩空气中旋转以减小旋转阻力和机械振动，是保障抽水蓄能电站正常工况转换的重要辅助系统［6］。

随着水泵水轮机单机容量和额定水头的提高，为了兼顾水泵工况和水轮机工况的空蚀要求，水泵水轮机装机的淹没深度越来越大，对压水气系统的供气压力提出了更高的要求［7-8］。高压高速的非稳态膨胀气动过程，常伴随着剧烈的温度变化、压力冲击、气动噪声等现象，对压水气系统管路结构的机械强度和热疲劳强度也形成严峻考验。因此，研究压水气系统工作时的气动特性，对保障抽水蓄能电站的正常运行、优化水泵水轮机调控系统的设计方法，均有重要意义［9-12］。……