水輪機補氣條件下的壓力脈動機理研究

《水輪機補氣條件下的壓力脈動機理研究》是依託武漢大學，由錢忠東擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：水輪機補氣條件下的壓力脈動機理研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：錢忠東
• 依託單位：武漢大學

項目摘要

水輪機水力振動是涉及水電機組安全穩定運行的重大問題，補氣是水電站普遍使用的減振方法。水輪機補氣條件下的壓力脈動問題是水力機械領域的重要學術問題和工程難題。本項目以模型試驗、理論分析和數值模擬為手段，以揭示水輪機補氣條件下的壓力脈動機理為目標，主要研究內容包括：在水洞試驗台和水輪機模型試驗台上，研究補氣對水輪機內各種空化的影響機理；在Kunz空化多相流模型和Singhal完整空化模型的基礎上，建立水輪機摻氣空化湍流數學模型；對水輪機主軸中心孔補氣、頂蓋補氣、底環補氣以及活動導葉尾緣補氣條件下的摻氣空化湍流進行模擬；採用渦動力學方法，分析不同補氣位置和補氣量對水輪機內各種渦旋運動和壓力脈動的影響機理。為水輪機補氣減振提供可靠的理論依據，具有重要的學術價值和工程套用前景。

結題摘要

以模型試驗、理論分析和數值模擬為手段，以研究水輪機內三維多相湍流運動規律、揭示水輪機補氣條件的壓力脈動機理為目標，開展了以下三個方面的研究工作：研究了水輪機主軸中心孔補氣條件下的壓力脈動規律，分析了補氣對水輪機尾水管內壓力分布的影響，揭示了補氣量與壓力脈動頻率、幅值之間的內在關係；探討了水輪機泄水錐改型對渦帶形態和壓力脈動的影響規律；闡明了葉片空化與壓力脈動頻率和幅值之間的關係。研究結果表明：主軸中心孔補氣減小了尾水管斷面的壓差，從而降低了壓力脈動的振幅；補入的空氣隨著渦帶一起旋轉，對渦帶轉動頻率影響不明顯，因而補氣後尾水管壓力脈動的主頻沒有發生變化；補氣孔入口與轉輪之間存在動靜干擾，在轉輪區域形成新的振源，增強了轉輪前的中頻壓力脈動，補氣量的選擇應考慮減弱低頻脈動和增強中頻脈動兩方面的影響；泄水錐改型能夠改變尾水渦帶的形態，改變壓力脈動的主頻，對水力效率、尾水管壓力脈動振幅的影響與導葉開度有關；泄水錐改型主要影響由渦帶引起的低頻壓力脈動，對動靜干擾引起的葉片頻率壓力脈動影響不明顯；葉片空化顯著增強了流道內各過流部件的壓力脈動幅值。