水泵水轮机泵工况压力脉动和转轮受力特性

发布时间：2022-01-19 01:08

　　为研究水泵水轮机在泵工况下的内部流态变化对压力脉动和转轮叶片受力的影响,采用SAS-SST湍流模型对某一模型水泵水轮机的多个非设计工况进行非定常数值模拟,分析了水轮机内部流态对导叶与转轮之间无叶区、尾水管内的压力脉动和转轮叶片径向受力的影响。结果表明:在流量为40%～80%设计流量时,导叶区内产生旋转失速,转失速涡团初生于固定导叶进口,并随着流量的降低向活动导叶进口发展,且覆盖区域逐渐增大。旋转失速使压力和过流沿周向不均匀分布,导致压力脉动和转轮径向受力波动大幅上升。在40%设计流量时,失速涡团发展最为充分,无叶区压力脉动和转轮受力波动的低频分量幅值最高。旋转失速产生的低频脉动可向尾水管传播,形成的低频压力脉动幅值约为无叶区低频脉动幅值的10%。当流量低于40%设计流量时,导叶区旋转失速消失,复杂的涡结构形成的压力脉动低频成分没有周期性。此外,转轮进口的流动分离使尾水管内产生复杂的回流涡结构,导致尾水管内形成频谱丰富的压力脉动;流量降低使转轮进口回流涡结构的湍动能增加,导致尾水管内压力脉动幅值大幅上升。小流量工况下,转轮进口的涡结构演变是转轮径向力波动的主要影响因素。 

【文章来源】：水利水电技术. 2020,51(07)北大核心

【文章页数】：10 页

【部分图文】：

水泵水轮机转轮体型及网格划分示意

在网格划分时,蜗壳采用四面体网格;导叶区采用楔形网格;转轮和尾水管采用六面体网格,并对活动导叶和转轮叶片设置边界层网格[图1(b)],使近壁面Y+小于10 (见图2)。图3展示了额定工况下水泵扬程随网格数量的变化情况,当网格数量大于450万时,计算所得扬程变化小于1%。考虑到计算时间和流场结构的解析精度,最终选取总网格单元数为882万的划分方式。蜗壳,导叶,转轮和尾水管网格分配方式见文献[7]。图3 网格敏感性分析

图2 转轮叶片和导叶壁面Y+值分布为了更加精确解析转轮与导叶之间的动静干涉下的流场,非定常计算的一个时间步一般不超过转轮旋转2°所需的时间[10]。在本文的非定常计算中,时间步长设为1.562 5×10-4 s,相当于转轮旋转1.125°所需的时间,即一个转轮旋转周期计算320个时间步。每个时间步长最大迭代40步,各参数收敛残差目标值为1.0×10-4。每个工况计算时长不少于12个转轮转动周期。

【参考文献】：
期刊论文
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博士论文
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本文编号：3595932