补气对水轮机尾水管压力脉动及涡流特性的影响分析
本文针对水力发电机组在运行过程中影响水轮机运行稳定性的水压脉动和复杂涡流问题,通过大量的理论分析和数值模拟,对补气抑制水轮机低负荷工况下尾水管中水压脉动与涡流特性进行了深入的研究。为了改善数值计算的精度,开展了多相湍流的模拟方法研究。
针对补气后流场内存在液/气/汽三组分和多种相间界面的特点,采用了基于Level-set方法的多相空化模型和基于局部流场修正湍流模型,构建了一套改善的通气空化模拟方法。进行了绕NACA0015水翼通气空化的水洞试验,并采用构建的模拟方法开展了对应的流动模拟。
通过实验数据与计算结果的比较,验证了本文所提出的计算方法比已有的方法具有更好的计算精度。采用本文构建的模拟方法,对低负荷工况水轮机全流道流动及压力脉动特征进行了计算分析。
结果表明,随着空化数的降低,涡带由单一液相涡带转变为多相空化涡带;除了涡带运动所诱发的压力脉动之外,涡带的空泡体积波动诱发了新的压力脉动成分。通入空气可以有效抑制尾水涡带所诱发的压力脉动:在较小的补气量下,通过主轴中心孔补气能够部分抑制由涡带扰动诱发的压力脉动;当补气量较大时,尾水管内 ...