混流式水轮机叶道涡流动特性研究

作     者：郭鹏程 孙龙刚 罗兴锜 Guo Pengcheng;Sun Longgang;Luo Xingqi

作者机构：西安理工大学省部共建西北旱区生态水利国家重点实验室 

出 版 物：《农业工程学报》 (Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering)

年 卷 期：2019年第35卷第20期

页      面：43-51页

核心收录：

学科分类：0710[理学-生物学] 080703[工学-动力机械及工程] 080704[工学-流体机械及工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 0802[工学-机械工程] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 

基　　金：国家自然科学基金(51839010) 陕西省重点研发计划(2017ZDXM-GY-081) 陕西省教育厅服务地方专项计划(17JF019) 

主　　题：混流式水轮机 数值模拟 空化 叶道涡 压力脉动 

摘      要：叶道涡是混流式水轮机运行在偏工况下出现的一种典型的空化流动现象,其起源于两叶片之间而消失于转轮出口附近,对水轮机内部的压力及速度场有直接的影响。为了阐明叶道涡演化特征及其对水力性能的影响,该文基于SST k-ω湍流模型及Zwart空化模型对某一低水头混流式模型水轮机进行瞬态空化两相流动的数值模拟及试验研究。结果表明,叶道涡流动结构的数值模拟与试验观测结果基本一致。在叶道涡工况区,转轮内空泡体积呈周期性脉动,叶道涡频率为转频的90%。叶道涡沿叶片展向发展于轮毂面,主水流在离心力的作用下向下环方向偏移,迫使叶道涡向出水边方向移动,故涡束沿叶片出口边背面靠近轮缘处流出。转轮内有限空间限制及偏工况下负冲角的综合作用,是形成叶道涡的主要原因。压力脉动及其频谱分析表明,活动导叶与转轮之间的无叶区、转轮叶片以及尾水管内均捕捉到了叶道涡频率,表明叶道涡频率同时向上游及下游传播。叶道涡对尾水管内部流场有较大影响,表现为锥管段及肘管段中心处形成较大回流区。该研究为进一步深入理解复杂的叶道涡流动特性提供一定参考。