灯泡贯流式水轮机空化数值研究

摘要

灯泡贯流式机组运行在某些特定工况时会发生空化现象，严重时将导致机组运行性能下降，甚至引起噪声增大、振动加剧等不稳定现象，严重威胁机组的安全稳定运行。本文以某电站灯泡贯流式水轮机模型机组为研究对象，采用ANSYS CFX软件对相同桨叶开度、不同导叶开度下的不同运行工况进行了全流道的定常和非定常空化数值模拟，获得了机组在不州条件下的空化发生及发展过程，并绘制了水轮机空化性能曲线，得到了水轮机流道内不同位置的监测点压力脉动特性及频谱特性。本文主要取得了以下几方面的研究成果：
　　贯流式水轮机定常空化流数值计算结果表明：其内部发生的空化形式主要为游移型空化，由于叶片水力设计的原因，在几乎整个计算工况下叶片正面均出现了程度较轻的进口边空化现象，而当流量增加到一定程度时，进口边空化开始对空化系数敏感，进口区域空泡会随空化系数的减小而大量析出；叶片背面为空化主要发生区域，游移空泡首先出现在弦中轮毂处，随着尾水管出口压力的降低，即相当于逐渐降低空化系数，空化发生率逐渐增加：在叶片背面叶顶侧出现了一处孤立的、带状的空化云，进一步降低空化系数，两处空化均继续发展，最终充分发展了的空化云会连接成整片。
　　肖空化发展到一定程度时，自由气泡会大量析出，严重阻塞流道，机组出力受影响，表现为外特性出力的突然断裂。此外，在同一空化系数下机组发生的空化程度不同：流量越大，空化发生率越高，初生空化数越大，机组遭受空化空蚀破坏的可能性越高。
　　空化非定常数值结果表明，不同程度的空化现象对计算域内监测点的压力脉动有较明显的影响，随着空化发生程度的升高，监测点压力脉动呈现减小的趋势。而压力频谱特性的分析结果显示空化对主频的影响不大，但对幅值有较大影响。

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1绪论

1.1. 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文主要研究内容

2. 数值计算方法及网格划分

2.1 流体动力学控制方程

2.2 湍流数值模拟方法

2.3 湍流模型

2.4 空化流动数值计算理论

2.5 网格划分及分类

3 贯流式水轮机定常数值模拟

3.1 计算模型及工况

3.2 网格划分

3.3 数值计算条件设置

3.4 结果分析

3.5 本章小结

4 贯流式水轮机内三维定常空化流数值模拟

4.1 空化数值计算设置

4.2 空化结果分析

4.3 本章小节

5 贯流式水轮机内三维非定常空化流数值模拟

5.1 非定常数值计算条件

5.2 非定常计算结果分析

5.3 本章小节

6总结与展望

6.1总结

6.2 展望

致谢

参考文献