混流式水輪機尾水管內(nèi)渦帶特性的研究與控制.pdf

1、水力發(fā)電的高速發(fā)展推動了水電機組向安全、高效和大容量方向改進，這必將對作為水電站的核心動力設備水輪機提出更高的要求。當前，尾水管渦帶引起壓力脈動而導致水輪機振動的現(xiàn)象是普遍存在的，因此，研究和控制水輪機尾水管渦帶的發(fā)展成為了當前研究的重點。
　　為了深入地研究尾水管內(nèi)的流動結構和特性，本文首先以90°彎管為研究模型，控制方程采用三維不可壓縮的Navier-Strokes方程，對于湍流流動，采用RNG k湍流模型來封閉方程組，進而模

2、擬彎管內(nèi)部的流場。以此為工作基礎，展開對混流式水輪機尾水管內(nèi)部流動穩(wěn)定性的研究。主要研究內(nèi)容和成果如下：
　?。?）在對90°方形截面彎管內(nèi)部流動進行研究時，發(fā)現(xiàn)了迪恩渦分裂現(xiàn)象。層流條件下，當雷諾數(shù)高于338時，彎管橫截面上迪恩渦發(fā)生了分裂；而當雷諾數(shù)低于338時，迪恩渦沒有發(fā)生分裂。湍流狀態(tài)下，彎管截面的迪恩渦總是兩個，不發(fā)生分裂。
　　（2）進一步研究了影響迪恩渦分裂的部分因素，研究發(fā)現(xiàn)，迪恩渦分裂現(xiàn)象受來流雷諾數(shù)、橫

3、截面形狀、曲率的影響。
　?。?）采用5種切向速度入口條件，對混流式水輪機尾水管內(nèi)部流動進行了非定常數(shù)值模擬。研究發(fā)現(xiàn)：尾水管入口切向速度的最大值越接近尾水管截面中心，尾水管壓力脈動幅值越小，尾水管速度剖面中準自由渦所占的比例就越大，渦帶穩(wěn)定性越好。
　?。?）研究了尾水管隔離墩的間距和角度對尾水管水力穩(wěn)定性的影響。研究發(fā)現(xiàn)：尾水管隔離墩設置的變化，引起了尾水管性能的變化，即恢復系數(shù)和相對水力損失，并沒有改變水輪機尾水管的穩(wěn)