混流式水輪機(jī)尾水管渦帶和壓力脈動(dòng)數(shù)值計(jì)算分析.pdf

1、水輪機(jī)組運(yùn)行的不穩(wěn)定性是一個(gè)嚴(yán)重又普遍的問(wèn)題。引起水輪機(jī)振動(dòng)的主要原因之一是尾水管渦帶引起的壓力脈動(dòng)，因此，探索尾水管渦帶與壓力脈動(dòng)的關(guān)系以及成因是當(dāng)今水輪機(jī)組振動(dòng)研究的重點(diǎn)課題。目前，尾水管渦帶和壓力脈動(dòng)的研究手段主要有數(shù)值模擬和試驗(yàn)研究，考慮到經(jīng)濟(jì)成本和一些試驗(yàn)條件的限制，利用數(shù)值模擬方法研究尾水管壓力脈動(dòng)問(wèn)題成為主流研究方法。
　　本研究采用UG軟件對(duì)某混流式水輪機(jī)進(jìn)行三維幾何建模，利用ICEM CFD進(jìn)行網(wǎng)格劃分，在CFX

2、軟件中選擇SST湍流模型對(duì)水輪機(jī)全流道內(nèi)部流動(dòng)進(jìn)行定常和非定常流動(dòng)計(jì)算，研究其尾水管渦帶流動(dòng)特征、內(nèi)部流場(chǎng)流動(dòng)的穩(wěn)定性。主要研究?jī)?nèi)容和成果如下：
　　（1）在最優(yōu)單位轉(zhuǎn)速值下，選取了四個(gè)典型的計(jì)算工況：小流量工況2個(gè)、最優(yōu)工況以及大流量工況。定常計(jì)算結(jié)果表明：在小流量工況下運(yùn)行時(shí)，尾水管有螺旋狀的渦帶產(chǎn)生，開(kāi)度越小，渦帶旋轉(zhuǎn)半徑越大，即渦帶偏心更嚴(yán)重；在最優(yōu)流量工況下，渦帶表現(xiàn)為細(xì)長(zhǎng)的圓錐體；在大流量工況下，渦帶為柱狀渦。非定常計(jì)

3、算結(jié)果表明：在小流量工況下，相對(duì)稱(chēng)兩個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)存在相位差。渦帶的旋轉(zhuǎn)頻率為轉(zhuǎn)頻的0.333倍頻，壓力脈動(dòng)主要分布在尾水管的進(jìn)口錐管段和彎肘管段，進(jìn)口段壓力脈動(dòng)幅值比肘管段大；最優(yōu)工況下，對(duì)稱(chēng)的兩個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)不存在相位差，渦帶旋轉(zhuǎn)頻率為轉(zhuǎn)頻的1倍頻；壓力脈動(dòng)主要集中在靠近肘管段處的直管段；在大流量工況下，渦帶旋轉(zhuǎn)頻率為轉(zhuǎn)頻的0.22倍頻，壓力脈動(dòng)由在錐管段集中往肘管段移動(dòng)，肘管段壓力脈動(dòng)較大。說(shuō)明小流量工況運(yùn)行不穩(wěn)定，發(fā)生振動(dòng)嚴(yán)重。