為研究水泵水輪機(jī)在泵工況下的內(nèi)部流態(tài)變化對(duì)壓力脈動(dòng)和轉(zhuǎn)輪葉片受力的影響,采用SAS-SST湍流模型對(duì)某一模型水泵水輪機(jī)的多個(gè)非設(shè)計(jì)工況進(jìn)行非定常數(shù)值模擬,分析了水輪機(jī)內(nèi)部流態(tài)對(duì)導(dǎo)葉與轉(zhuǎn)輪之間無(wú)葉區(qū)、尾水管內(nèi)的壓力脈動(dòng)和轉(zhuǎn)輪葉片徑向受力的影響。結(jié)果表明:在流量為40%～80%設(shè)計(jì)流量時(shí),導(dǎo)葉區(qū)內(nèi)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)失速,轉(zhuǎn)失速渦團(tuán)初生于固定導(dǎo)葉進(jìn)口,并隨著流量的降低向活動(dòng)導(dǎo)葉進(jìn)口發(fā)展,且覆蓋區(qū)域逐漸增大。旋轉(zhuǎn)失速使壓力和過(guò)流沿周向不均勻分布,導(dǎo)致壓力脈動(dòng)和轉(zhuǎn)輪徑向受力波動(dòng)大幅上升。在40%設(shè)計(jì)流量時(shí),失速渦團(tuán)發(fā)展最為充分,無(wú)葉區(qū)壓力脈動(dòng)和轉(zhuǎn)輪受力波動(dòng)的低頻分量幅值最高。旋轉(zhuǎn)失速產(chǎn)生的低頻脈動(dòng)可向尾水管傳播,形成的低頻壓力脈動(dòng)幅值約為無(wú)葉區(qū)低頻脈動(dòng)幅值的10%。當(dāng)流量低于40%設(shè)計(jì)流量時(shí),導(dǎo)葉區(qū)旋轉(zhuǎn)失速消失,復(fù)雜的渦結(jié)構(gòu)形成的壓力脈動(dòng)低頻成分沒(méi)有周期性。此外,轉(zhuǎn)輪進(jìn)口的流動(dòng)分離使尾水管內(nèi)產(chǎn)生復(fù)雜的回流渦結(jié)構(gòu),導(dǎo)致尾水管內(nèi)形成頻譜豐富的壓力脈動(dòng);流量降低使轉(zhuǎn)輪進(jìn)口回流渦結(jié)構(gòu)的湍動(dòng)能增加,導(dǎo)致尾水管內(nèi)壓力脈動(dòng)幅值大幅上升。小流量工況下,轉(zhuǎn)輪進(jìn)口的渦結(jié)構(gòu)演變是轉(zhuǎn)輪徑向力波動(dòng)的主要影響因素。 

【文章來(lái)源】：水利水電技術(shù). 2020,51(07)北大核心

【文章頁(yè)數(shù)】：10 頁(yè)

【部分圖文】：

水泵水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪體型及網(wǎng)格劃分示意

在網(wǎng)格劃分時(shí),蝸殼采用四面體網(wǎng)格;導(dǎo)葉區(qū)采用楔形網(wǎng)格;轉(zhuǎn)輪和尾水管采用六面體網(wǎng)格,并對(duì)活動(dòng)導(dǎo)葉和轉(zhuǎn)輪葉片設(shè)置邊界層網(wǎng)格[圖1(b)],使近壁面Y+小于10 (見圖2)。圖3展示了額定工況下水泵揚(yáng)程隨網(wǎng)格數(shù)量的變化情況,當(dāng)網(wǎng)格數(shù)量大于450萬(wàn)時(shí),計(jì)算所得揚(yáng)程變化小于1%。考慮到計(jì)算時(shí)間和流場(chǎng)結(jié)構(gòu)的解析精度,最終選取總網(wǎng)格單元數(shù)為882萬(wàn)的劃分方式。蝸殼,導(dǎo)葉,轉(zhuǎn)輪和尾水管網(wǎng)格分配方式見文獻(xiàn)[7]。圖3 網(wǎng)格敏感性分析

圖2 轉(zhuǎn)輪葉片和導(dǎo)葉壁面Y+值分布為了更加精確解析轉(zhuǎn)輪與導(dǎo)葉之間的動(dòng)靜干涉下的流場(chǎng),非定常計(jì)算的一個(gè)時(shí)間步一般不超過(guò)轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)2°所需的時(shí)間[10]。在本文的非定常計(jì)算中,時(shí)間步長(zhǎng)設(shè)為1.562 5×10-4 s,相當(dāng)于轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)1.125°所需的時(shí)間,即一個(gè)轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)周期計(jì)算320個(gè)時(shí)間步。每個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)最大迭代40步,各參數(shù)收斂殘差目標(biāo)值為1.0×10-4。每個(gè)工況計(jì)算時(shí)長(zhǎng)不少于12個(gè)轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動(dòng)周期。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
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本文編號(hào)：3595932