基于全流道模擬的混流式水輪機(jī)尾水管內(nèi)部流動研究.pdf

1、部分負(fù)荷時,尾水管內(nèi)部的壓力脈動是影響水輪機(jī)乃至電站穩(wěn)定運行的主要水力振動原因之一.本文針對這一問題,基于三維N-S方程,采用同位網(wǎng)格的SIMPLEC算法和RNGk-ε湍流模型,對混流式水輪機(jī)全流道進(jìn)行了定常和非定常流動的數(shù)值模擬.主要成果包括以下幾部分: 定常流動計算結(jié)果表明:同一單位轉(zhuǎn)速下不同開度時,蝸殼鼻端處壓力波動均較為劇烈,周向分布不均勻,但是經(jīng)過固定導(dǎo)葉和活動導(dǎo)葉的過濾后周向分布基本對稱；由于受到轉(zhuǎn)輪和導(dǎo)葉動靜干涉以

2、及葉片數(shù)不一致的影響,活動導(dǎo)葉進(jìn)口和轉(zhuǎn)輪進(jìn)口的周向壓力分布差別較大.小開度時,較小的導(dǎo)葉出流角,使轉(zhuǎn)輪葉片頭部受到撞擊,葉片上橫向流動和背面的葉道渦嚴(yán)重,轉(zhuǎn)輪出口靠上冠處有回流和橫向流動,泄水錐下方回流嚴(yán)重；大開度時,轉(zhuǎn)輪進(jìn)出口流態(tài)都得到改善,尾水管錐管中心的不穩(wěn)定流減弱. 非定常流動計算結(jié)果表明:開度12時,轉(zhuǎn)輪出口靠近上冠處壓力脈動不顯著,中間流線和下環(huán)處脈動較為強(qiáng)烈.尾水管中渦帶主要集中于直錐段,呈螺旋型,在肘管處逐漸變小

3、消失.尾水管內(nèi)部壓力脈動主要集中在直錐段和肘管,頻率為低頻,為轉(zhuǎn)頻的0.233倍；其中直錐段脈動幅值較大,內(nèi)外兩側(cè)壓力脈動頻率基本一致.開度24時,轉(zhuǎn)輪出口靠近上冠處沒有回流,脈動小,中間流線和下環(huán)處壓力脈動更為劇烈.尾水管渦帶在直錐段水流形成的柱狀渦,在肘管壁面的影響下,蛻變成較小的螺旋型渦帶,渦帶在旋轉(zhuǎn)過程中隨著螺距的增大強(qiáng)度減弱,并逐漸消失.脈動頻率為轉(zhuǎn)輪頻率與葉片數(shù)乘積的倍數(shù).尾水管內(nèi)部壓力脈動主頻主要集中于肘管,而直錐段壓力脈