1、近年來(lái),隨著水輪機(jī)單機(jī)容量及轉(zhuǎn)輪直徑的不斷增大,大型水輪機(jī)的水力振動(dòng)及葉片裂紋等穩(wěn)定性問題越來(lái)越突出。振動(dòng)和壓力脈動(dòng)是水力機(jī)組穩(wěn)定性運(yùn)行的主要因素,其中壓力脈動(dòng)產(chǎn)生于機(jī)組運(yùn)行過程的非定常流場(chǎng),是引起水輪機(jī)組振動(dòng)及不穩(wěn)定運(yùn)行的主要水力振源之一。 為了解決混流式水輪機(jī)全流道數(shù)值模擬對(duì)計(jì)算資源的要求問題,搭建了基于windows的一座具有八節(jié)點(diǎn)的并行計(jì)算平臺(tái),并對(duì)并行平臺(tái)的基本工作性能進(jìn)行了測(cè)試,得到了較高的效率,且隨著網(wǎng)格數(shù)量增加,

2、并行效率能夠進(jìn)一步提高。通過測(cè)試結(jié)果說明,在這種小型分布式并行機(jī)群上的并行效率是令人滿意的。 本論文利用湍流雷諾時(shí)均方程及RNGk-ε湍流模型,完成了混流式水輪機(jī)大開度下全流道三維定常湍流計(jì)算,獲得了各主要過流部件的壓力、速度等流動(dòng)特征。并對(duì)大開度下同一開度不同單位轉(zhuǎn)速的流動(dòng)特征和能量性能進(jìn)行了比較分析,為進(jìn)一步進(jìn)行三維非定常湍流計(jì)算奠定了基礎(chǔ)。 在定常計(jì)算的基礎(chǔ)上,開展了包括轉(zhuǎn)輪和導(dǎo)水機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)輪和尾水管兩級(jí)動(dòng)靜干涉的非

3、定常湍流計(jì)算研究,獲得了壓力脈動(dòng)的振幅和頻率特性。大開度下在轉(zhuǎn)輪前存在一個(gè)約為轉(zhuǎn)頻0.235倍的頻率,該壓力脈動(dòng)的幅值在固定導(dǎo)葉前最高。此頻率是由尾水管內(nèi)低頻壓力脈動(dòng)向上游傳遞而來(lái)的。在轉(zhuǎn)輪葉片出口邊存在約為轉(zhuǎn)頻2倍的壓力脈動(dòng)主要是由于尾水管進(jìn)口處的壓力脈動(dòng)向上游傳遞形成的,約為轉(zhuǎn)頻與葉片數(shù)乘積1倍的壓力脈動(dòng)主要是流場(chǎng)受到轉(zhuǎn)輪葉片隨轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)造成的影響。而尾水管內(nèi)部壓力脈動(dòng)主頻主要集中于肘管,直錐段脈動(dòng)很小。 在上述研究的基礎(chǔ)上,

4、進(jìn)一步開展了混流式水輪機(jī)頂蓋補(bǔ)氣對(duì)水輪機(jī)壓力脈動(dòng)影響的研究。定常計(jì)算結(jié)果表明,氣體對(duì)轉(zhuǎn)輪內(nèi)部流態(tài)影響,主要集中在0～0.4R之內(nèi),在0.4R～1R的范圍內(nèi)的影響較小。導(dǎo)葉開度12時(shí),補(bǔ)氣量0.15％時(shí)補(bǔ)氣效果較好；開度10下補(bǔ)氣量為0.1％效果較好。非定常計(jì)算結(jié)果表明,補(bǔ)氣對(duì)于轉(zhuǎn)輪內(nèi)部的壓力脈動(dòng)影響比較大,補(bǔ)氣前后轉(zhuǎn)輪內(nèi)部壓力脈動(dòng)頻率不變,而對(duì)幅值影響比較大,使轉(zhuǎn)輪出口的壓力脈動(dòng)幅值下降約50％左右。使尾水管內(nèi)部的壓力脈動(dòng)主頻從1.66