上游扰动条件下尾水管涡带演化和压力脉动研究

作     者：郭涛 徐李辉 罗竹梅 GUO Tao;XU Lihui;LUO Zhumei

作者机构：昆明理工大学建筑工程学院昆明650500 昆明理工大学能源与动力工程系昆明650093 

出 版 物：《农业机械学报》 (Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery)

年 卷 期：2022年第53卷第6期

页      面：192-201页

核心收录：

学科分类：080703[工学-动力机械及工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

基　　金：国家自然科学基金项目(51969009 52069010 52179087)。 

主　　题：混流式水轮机 尾水管涡带 上游扰动 压力脉动 

摘      要：尾水管涡带是混流式水轮机流动不稳定的表征,严重时甚至会导致机组疲劳破坏。为准确捕捉不同工况下尾水管内流体流动的瞬态湍流特性,采用滑移网格技术以及SST kω湍流模型,通过现阶段最新进展的Liutex涡识别方法对尾水管涡带进行捕捉并对比分析,着重分析了不同来流对尾水管涡带的形成、发展、破裂和低频压力脉动的影响。结果表明:与文献实验结果的对比,验证了结果的准确性;上游不同来流条件下,尾水管涡带形态各异。最优工况时仅形成一个稳定的旋流结构,即纺锤形涡带,对流场影响较小。流量降低到设计流量的81%时,形成螺旋形涡带,涡带的偏心运动对主流产生了较大干扰作用,涡流、回流和流动分离等不稳定现象明显。由于涡带对主流的排挤作用,造成涡带与壁面之间出现明显的高速区,平均脉动压力系数幅值也比最优工况增加了1.36~4倍,压力脉动呈现出典型的低频、高幅特征;随着开度的继续降低,涡带体积大幅度增加,形成一个较大的空腔涡带,占据流域范围较广,与肘管壁面发生直接“冲击现象;开度越小尾水管内产生的涡流越杂乱,流场越不稳定,当开度降至最低时,有形涡带消失,破碎后的杂涡充据着整个直锥段和弯肘段。