巨型混流式水轮机尾水管涡带CFD研究

摘要

本文结合SST k-ω湍流模型，建立水轮机全流道三维数值模拟方法，探究巨型混流式水轮机在低水头不同负荷工况下尾水管内部涡带形成机理及压力脉动变化规律。研究结果表明：在低负荷工况下，尾水管进口主流在转轮出口正向速度环量的作用下，易形成偏心螺旋状涡带，其旋转方向与转轮一致，此时尾水管内部可监测到主频为0.17倍转频（1.85 Hz）的低频压力脉动。而随着机组过流量增加，尾水管直锥段出现与转轮运动方向相反的涡带分布，并伴随着以2.16倍转频为主的高频压力脉动现象。通过比较不同泄水锥结构的计算结果，延长泄水锥结构可以抑制部分工况下螺旋状涡带的产生，使得尾水管内部主频压力脉动幅值减弱近45.9%。