尾水管涡带引起的压力脉动试验研究

摘要

近年来，水电站承担了输电网功率．频率调节的任务。因此电站水轮机经常运行在最优区范围以外。如果混流式水轮机和水泵水轮机运行在设计运行范嗣以外的区域，尾水管中会产生涡带。而涡带又会引起压力脉动。除了南涡带的旋转引起的低频压力脉动和这些频率的请波之外，在某些工况点处也发现了较高频率的压力脉动。在本次试验研究中，分析了模型水泵水轮机尾水管内涡带的运动的流体构造和特征。本次试验重点是研究涡带的运动与尾水管管壁上测量得到的压力脉动频率两者之间的相互关系。利用粒子速度成像技术（即PIV）用尾水管中的速度场来分析涡带的运动。另外，还利用高速摄像机拍摄空化涡带现象，来分析涡带的运动。除了涡带旋转引起的低频低频压力脉动以外，试验研究结果还给出横截面为椭圆或者形状扭曲的涡带旋转与较高频压力脉动两者之间的关系。可大致看出压力脉动频率与涡带移动之间的关系也与流速有关。考虑了空化涡带的形状和位置，并考虑了在空化涡核表而处的速度，可以近似得到涡核旋转的周期。研究结果表明：低频压力脉动和较高频率压力脉动两者均与涡带的运动相关，据此可知较高频率压力脉动的周期大约是涡核转频的一半。