基于CFD的高水头水泵水轮机空化性能研究

发布时间：2020-02-15 01:54

【摘要】：由于高水头水泵水轮机的运行水头(扬程)和流量变幅大,水流流经转轮叶片时流速高,机组运行工况复杂多变,比常规水轮机更易发生空蚀。因此,进行高水头水泵水轮机空化特性的CFD数值模拟分析。首先对水轮机工况的几个工况点进行数值模拟,并与试验结果进行比较,验证了数值模拟的可靠性。其次分别对水轮机工况和水泵工况进行空化流动计算。计算结果表明,水轮机工况的空化主要发生在叶片和尾水管处;水泵工况的空化主要发生在转轮叶片上,吸力面空化比压力面严重。随着进口压力的不断降低,空化程度也越来越严重。
【图文】：

，大流量工况效率小于试验值，误差最大为1.9%，最小为0.26%，满足工程实际要求，证明数值模拟的可靠性。2.1.1空化对效率的影响仿照模型水轮机临界空化系数测定实验使用的方法，研究空化对水轮机能量性能的影响。以导叶开度28.91°，单位流量811.5L/s，单位转速42.51r/min的工况为例，通过逐步降低水轮机尾水管出口压力来减小空化数，并计算此时水轮机的效率。根据计算结果绘制曲线，如图3所示。图2模拟工况点与试验工况点效率对比Fig.2Comparisonofsimulationworkingconditionsandexperimentalconditions图1水泵水轮机整体计算三维实体图Fig.13-Dmodelforthewholepumpturbine表1模型水泵水轮机基本参数Tab.1Basicparametersofmodelpumpturbine转轮直径D1（低压侧）240mm转轮直径D2（高压侧）476.9mm叶片数9固定导叶数20活动导叶数20导叶高度42.25mm李刚，等：基于CFD的高水头水泵水轮机空化性能研究Vol.33No.4清洁能源CleanEnergy132

缤?所示。由图可以看出，随着单位流量的增加，模拟结果与试验结果的变化趋势大体一致，小流量工况效率高于试验值，大流量工况效率小于试验值，误差最大为1.9%，最小为0.26%，满足工程实际要求，证明数值模拟的可靠性。2.1.1空化对效率的影响仿照模型水轮机临界空化系数测定实验使用的方法，研究空化对水轮机能量性能的影响。以导叶开度28.91°，单位流量811.5L/s，单位转速42.51r/min的工况为例，通过逐步降低水轮机尾水管出口压力来减小空化数，并计算此时水轮机的效率。根据计算结果绘制曲线，如图3所示。图2模拟工况点与试验工况点效率对比Fig.2Comparisonofsimulationworkingconditionsandexperimentalconditions图1水泵水轮机整体计算三维实体图Fig.13-Dmodelforthewholepumpturbine表1模型水泵水轮机基本参数Tab.1Basicparametersofmodelpumpturbine转轮直径D1（低压侧）240mm转轮直径D2（高压侧）476.9mm叶片数9固定导叶数20活动导叶数20导叶高度42.25mm李刚，等：基于CFD的高水头水泵水轮机空化性能研究Vol.33No.4清洁能源CleanEnergy132

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