混流式水轮机尾水管几何参数改变及湍流建模的数值模拟

• 作者: 吴新润
• 来源期刊: 国外大电机
• 学科: 物理学
• 关键词: 非定常数值模拟 混流式水轮机 湍流模型 几何参数 尾水管 NAVIER-STOKES方程 建模 水轮机设计
• 年，卷（期）: 2012,（1）
• 页码范围: 74-80
• 页数: 7页
• 分类号: O357.5

摘要

由于尾水管可恢复部件中的压力，对水轮机整体性能的影响很大，所以它的设计在现代水轮机设计中至关重要。尾水管过流面积不断增大的几何设计和主流较大的曲率特征决定了其来流为旋流、负压梯度等特点。在某些运行工况下，流场内部出现非定常现象和回流区。上述尾水管内复杂的流动特征决定了在具体的水轮机设计中尾水管设计具有一定的挑战性，同时这也给数值预测方法提出了同样的课题。本文介绍了基于稳态的数值结果并给出了最近进行的水轮机模型实验结果，采用目前的测量技术对各种运行工况下几何过流断面形状的影响和作用进行了研究。实验室试验过程中运用了现代的测量技术研究各种工况的复杂流动特征。此外，试验的测量结果用来作为研究在尾水管计算中的数值方法（主要是瞬态算法和湍流处理方法）的基础。在求解雷诺平均Navier-Stokes方程（又称雷诺时均N-S方程）时，湍流的建模是非常重要的。在已有湍流模型发展过程中做的假设限制了模型的应用范围，因而也限制了其解析流动物理现象的能力。对于尾水管内部分负荷时出现的非定常流动现象稳态的求解结果是不太可靠的，因此对部分负荷的流场分析采用非定常的计算方法更加适合。为此，文中对模型试验结果、通过合适的湍流模型计算得到的定常和非定常数值模拟结果进行了详细的对比。