长短叶片混流式水轮机流动特性分析

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1、１６２中国农村水利水电·２０１５年第６期文章编号：１００７－２２８４（２０１５）０６－０１６２－０４长短叶片混流式水轮机流动特性分析朱李，赖喜德（西华大学能源与动力工程学院，成都６１００３９）摘要：为探讨长短式叶片混流式水轮机的内部流动规律，基于ＣＦＤ性能预测方法，采用ＳＩＭＰＬＥ算法和ＲＮＧｋ－ε模型，计算水轮机在不同工况下的速度－压力分布，探讨水轮机内部流场的速度分布、压力分布、尾水管涡带和压力脉动情况。研究结果表明：蜗壳内流体流动较为规律，当蜗壳内流体旋转至转轮进口处时，蜗壳内的流体排泄可能迟

2、滞，流动复杂。导叶开度增加后，尾水管旋涡区向下移动，强度增大，且对扩散段流态造成影响。在部分工况下能很好地捕捉到真实最大压力脉动信息。研究可为深入了解水轮机激振的内在机理、改善水轮机的综合性能提供一定参考。关键词：混流式水轮机；内部流动；尾水管；涡带＋中图分类号：ＴＫ７３３．１文献标识码：ＡＡｎＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＦｌｏｗＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆＦｒａｎｃｉｓＴｕｒｂｉｎｅｗｉｔｈＬｏｎｇ－ｓｈｏｒｔＢｌａｄｅｓＺＨＵＬｉ，ＬＡＩＸｉ－ｄｅ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｎｅｒｇｙａｎｄＰｏｗｅｒＥｎ

3、ｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＸｉｈｕａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｅｎｇｄｕ６１００３９，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｏｆｕｒｔｈｅｒｓｔｕｄｙｔｈｅｉｎｔｅｒｎａｌｆｌｏｗｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆＦｒａｎｃｉｓｔｕｒｂｉｎｅｗｉｔｈｌｏｎｇ－ｓｈｏｒｔｂｌａｄｅ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｃａｌｃｕｌａｔｅｓｔｈｅｖｅｌｏｃｉｔｙ－ｐｒｅｓｓｕｒｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓｏｆｔｕｒｂｉｎｅｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｏｐｅｒａｔｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｂａｓｅｄｏｎＣＦＤｐｒｅｄｉｃｔｉｎｇｔｈｅｏｒｙ，ｋ?

4、εｍｏｄｅｌａｎｄＳＩＭＰＬＥＣａｌｇｏ－ｒｉｔｈｍｔｏｉｎｑｕｉｒｅｉｎｔｏｔｈｅｖｅｌｏｃｉｔｙｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓ，ｐｒｅｓｓｕｒｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓ，ｄｒａｆｔｔｕｂｅｖｏｒｔｅｘａｎｄｐｒｅｓｓｕｒｅｐｕｌｓａｔｉｏｎｓ．Ａｓｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｒｅ－ｓｕｌｔｓｈｏｗｓｔｈａｔｆｌｕｉｄｆｌｏｗｉｎｖｏｌｕｔｅｉｓｕｎｉｆｏｒｍ，ｔｈｅｆｌｏｗｉｎｖｏｌｕｔｅａｎｄｒｕｎｎｅｒｊｕｎｃｔｉｏｎｉｓｃｏｍｐｌｅｘ．Ｗｉｔｈｇｕｉｄｅｖａｎｅｏｐｅｎｉｎｇｉｎｃｒｅａｓ－ｉｎｇ

5、，ｄｒａｆｔｔｕｂｅｖｏｒｔｅｘｒｅｇｉｏｎｍｏｖｅｓｄｏｗｎｗａｒｄｓ，ｔｈｅｓｔｒｅｎｇｔｈｉｎｃｒｅａｓｅ，ａｎｄｔｈｅｉｍｐａｃｔｏｎｄｉｆｆｕｓｉｏｎｓｅｃｔｉｏｎｆｌｏｗ．Ｕｎｄｅｒｓｏｍｅｃｏｎｄｉ－ｔｉｏｎｓ，ｔｈｅｐｒｅｓｓｕｒｅｐｕｌｓａｔｉｏｎｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｃａｎｂｅｃａｐｔｕｒｅｄａｃｃｕｒａｔｅｌｙ．Ｔｈｉｓｓｔｕｄｙｃａｎｐｒｏｖｉｄｅａｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒｔｈｅｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｉｎｇｏｆｉｎｔｒｉｎｓｉｃｖｉ－ｂｒａｔｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｈｙｄｒ

6、ｏ－ｔｕｒｂｉｎｅｄｕｅｔｏｅｘｃｉｔａｔｉｏｎｂｙｔｈｅｆｌｏｗｓ，ａｎｄｔｈｅｉｍｐｒｏｖｍｅｎｔｏｆｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｈｙｄｒａｕｌｉｃｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｆｒａｎｃｉｓｔｕｒｂｉｎｅ；ｉｎｎｅｒｆｌｏｗ；ｄｒａｆｔｔｕｂｅ；ｖｏｒｔｅｘｓｔｒｉｐ混流式水轮机是目前世界各国广泛采用的水轮机形式之长短式叶片的混流式水轮机流动特性分析。水电厂运行经验［４－９］：水轮机的水力稳定性是决定机组运行稳定性的最主一，它结构紧凑、运行可靠、低空蚀、高效率，是开发中高水头水表明力

7、资源的优良机型［１］。要因素，其中高水头混流式水轮机的水力稳定性问题尤为突出，而我国大部分是高水头电站。且目前为止评价水轮机水力罗兴锜、姬晋廷等人通过对混流式水轮机的定常流动分稳定性的主要手段仍是模型试验。基于上述原因，有必要对长析，探讨了引起混流式水轮机尾水管内部流动不稳定的原短式叶片的混流式水轮机在多工况下，并考虑动静干涉作用的［２］，但分析并未针对全流场。黄剑峰，张立翔等通过对混流因全流道三维定常湍流流动进行更深入探讨，为解决混流式水轮式水轮机多部件湍流计算，得到了水轮机各过流部件内流场的机的

8、水力稳定性问题提供一定的理论参考。［３］，但该计算并未考虑危险工况，而且国内鲜见针对流动状态本文基于ＣＦＤ性能预测方法，对水轮机不同工况下的速度－压力分布进行预测，并探讨水轮机内部流场的速度分布、收稿日期：２０１５－０１－３１压力分布和尾水管涡带引起的压力脉动情况。基金项目：国家自然科学基金项目（５１３７９１７９）；四川省教育厅基金项目（１１ＺＢ００８）；西华大学重点项目（Ｚ１１２０４１４）；西华大１计算模型与数值方法学研究生创新基金项目（ｙｃｊｊ２０１４１７７）。作