水泵水轮机旋转失速与初生空化的预测

摘要

现代抽水蓄能机组朝着更高的运行灵活性、更宽的水力机械运行范围（尤其在水泵模式下）和更高可靠性方向发展。混流可逆式水泵水轮机主要设计目标是在水泵和水轮机工况下找到最优的平衡。其中，水泵工况的设计要求是决定性的因素，因此即使水轮机工况下的性能是世界水平的，但一项抽水蓄能工程的成功与否取决于水泵水轮机水泵工况下要求的最高扬程和起动稳定性。本文讨论了先进的CFD数值模拟在水泵水轮机水力性能和动态现象方面对设计者评价其设计工作所提供的帮助。如今一种标准的做法是用稳态流的雷诺平均N-S方程（RANS）对单个部件或对使用混合交界面耦合的多部件的流体进行计算机模拟。这种标准的方法计算周期短，是一种很好的工程工具。但是，由于进行了必要的简化其精度是有限的。因此开发了新的方法，该方法能够对水泵在高扬程和小流量条件下限制水泵运行的旋转失速的发生进行更可靠的预测。对水泵水轮机在此不稳定区的现象进行了细致的研究。设计阶段的另一项重要任务是对转轮的空化进行适当的预测。用多相CFD计算对空化流进行预测仍旧是一项很困难的工作。在该领域的计算正取得一些结果，并与单相流计算和模型试验的结果进行了比较。讨论了这些计算的关联性和适用性。尽管现代抽水蓄能电站的基本要求是适应频繁的启停机，但是从这些模拟中获得的结果可以帮助我们提供稳定性更高的产品以满足电站的要求。