Francis-99高水頭混流式水輪機(jī)尾水管內(nèi)部流動(dòng)數(shù)值研究.pdf

1、隨著高水頭混流式水輪機(jī)的應(yīng)用越來(lái)越廣，其水力穩(wěn)定性也受到越來(lái)越多的關(guān)注。其中，尾水管渦帶誘發(fā)的壓力脈動(dòng)是引起機(jī)組水力振動(dòng)的主要原因之一。本文以Francis-99高水頭混流式水輪機(jī)為研究對(duì)象，開(kāi)展其全流道數(shù)值模擬，并根據(jù)尾水管渦帶壓力脈動(dòng)的產(chǎn)生機(jī)理，探究影響尾水管內(nèi)部壓力脈動(dòng)的因素。主要研究成果如下：
　　探討了不同開(kāi)度下尾水管內(nèi)部渦流的發(fā)展演化規(guī)律及其壓力脈動(dòng)特征。在極小開(kāi)度時(shí)，尾水管直管段中心回流嚴(yán)重，水流分布極不均勻，整個(gè)尾

2、水管內(nèi)幾乎充滿漩渦。隨著開(kāi)度增大，葉片出口正環(huán)量減小，尾水管中心回流減弱。尾水管內(nèi)水流速度隨著開(kāi)度增大而增大，能量也增強(qiáng)。部分回流又形成再回流，給尾水管渦帶的形成創(chuàng)造了條件；當(dāng)開(kāi)度增大到最優(yōu)開(kāi)度時(shí)，尾水管進(jìn)口切向速度幾乎為零，進(jìn)口中心沒(méi)有回流，流態(tài)平穩(wěn)；滿負(fù)荷開(kāi)度時(shí)，轉(zhuǎn)輪出口環(huán)量為負(fù)值，使得尾水管出口水流以反方向漩渦方式出流。極小開(kāi)度3.91°時(shí)，尾水管壓力脈動(dòng)幅值較小，測(cè)得其主頻為8Hz，為轉(zhuǎn)頻的1.2倍，分析得知該壓力脈動(dòng)不是由螺旋

3、形渦帶形成的，而是由于大面積回流造成的脫離主流的一段死水區(qū)域的脈動(dòng)引起的；6.72°開(kāi)度時(shí)，尾水管渦帶主要集中在直管段和肘管段前端，呈螺旋形，其主頻為1.77Hz，為轉(zhuǎn)頻的0.3倍，直管段脈動(dòng)幅值最大。
　　分析了不同空化系數(shù)條件下尾水管內(nèi)部壓力脈動(dòng)的特征。隨著尾水管出口壓力值的減小，即隨著裝置空化系數(shù)的降低，尾水管渦帶直徑越來(lái)越大，直到渦帶分解，空氣析出，空腔消失。當(dāng)出口壓力從0.1405atm降到0.1403atm時(shí)，尾水管內(nèi)