混流式水輪機尾水管渦帶和壓力脈動數(shù)值計算分析.pdf

1、水輪機組運行的不穩(wěn)定性是一個嚴重又普遍的問題。引起水輪機振動的主要原因之一是尾水管渦帶引起的壓力脈動，因此，探索尾水管渦帶與壓力脈動的關(guān)系以及成因是當今水輪機組振動研究的重點課題。目前，尾水管渦帶和壓力脈動的研究手段主要有數(shù)值模擬和試驗研究，考慮到經(jīng)濟成本和一些試驗條件的限制，利用數(shù)值模擬方法研究尾水管壓力脈動問題成為主流研究方法。
　　本研究采用UG軟件對某混流式水輪機進行三維幾何建模，利用ICEM CFD進行網(wǎng)格劃分，在CFX

2、軟件中選擇SST湍流模型對水輪機全流道內(nèi)部流動進行定常和非定常流動計算，研究其尾水管渦帶流動特征、內(nèi)部流場流動的穩(wěn)定性。主要研究內(nèi)容和成果如下：
　?。?）在最優(yōu)單位轉(zhuǎn)速值下，選取了四個典型的計算工況：小流量工況2個、最優(yōu)工況以及大流量工況。定常計算結(jié)果表明：在小流量工況下運行時，尾水管有螺旋狀的渦帶產(chǎn)生，開度越小，渦帶旋轉(zhuǎn)半徑越大，即渦帶偏心更嚴重；在最優(yōu)流量工況下，渦帶表現(xiàn)為細長的圓錐體；在大流量工況下，渦帶為柱狀渦。非定常計

3、算結(jié)果表明：在小流量工況下，相對稱兩個監(jiān)測點存在相位差。渦帶的旋轉(zhuǎn)頻率為轉(zhuǎn)頻的0.333倍頻，壓力脈動主要分布在尾水管的進口錐管段和彎肘管段，進口段壓力脈動幅值比肘管段大；最優(yōu)工況下，對稱的兩個監(jiān)測點不存在相位差，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，壓力脈動由在錐管段集中往肘管段移動，肘管段壓力脈動較大。說明小流量工況運行不穩(wěn)定，發(fā)生振動嚴重。