基于大涡模拟的贯流式水轮机压力脉动分析

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1、中国农村水利水电·２０１５年第２期１４３文章编号：１００７－２２８４（２０１５）０２－０１４３－０５基于大涡模拟的贯流式水轮机压力脉动分析夏晨宇，李龙，朱多彪，付士凤（河海大学能源与电气学院，南京２１１１００）摘要：基于大涡模拟的Ｓｍａｇｏｒｉｎｓｋｙ－Ｌｉｌｌｙ动态亚格子模型，分别对灯泡贯流式水轮机的７个不同工况进行了非定常计算，得到了每个工况下流道内关键位置处测点的压力脉动信息。研究表明：该贯流式机组流道内压力脉动均含有转频分量，且距离转轮越近脉动越强；转轮区压力脉动最强，且脉动频率为叶片通过频率的自然数倍（５ｎｆｎ）；尾水管的压力

2、脉动主要由尾水涡带引起，叶片转频的影响可以忽略，尾水管中心区域的脉动强度大于外围；流道内压力脉动总体强度与水头和出力呈近似线性的正相关，而与流量、效率没有显著关联。关键词：大涡模拟；贯流式水轮机；压力脉动；涡带＋中图分类号：ＴＫ７３３．８文献标识码：ＡＡｎＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＰｒｅｓｓｕｒｅＰｕｌｓａｔｉｏｎｏｆｔｈｅＴｕｂｕｌａｒＴｕｒｂｉｎｅＢａｓｅｄｏｎＬａｒｇｅＥｄｄｙＳｉｍｕｌａｔｉｏｎＸＩＡＣｈｅｎ－ｙｕ，ＬＩＬｏｎｇ，ＺＨＵＤｕｏ－ｂｉａｏ，ＦＵＳｈｉ－ｆｅｎｇ（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＥｎｅｒｇｙａｎｄＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎ

3、ｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＨｏｈａｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１１１００，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＢｙｐｅｒｆｏｒｍｅｄｕｎｓｔｅａｄｙｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｏｆｓｅｖｅｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｏｆｂｕｌｂｔｕｒｂｉｎｅｂａｓｅｄｏｎＳｍａｇｏｒｉｎｓｋｙ－Ｌｉｌｌｙｓｕｂ－ｇｒｉｄｓｃａｌｅｍｏｄｅｌｏｆｌａｒｇｅｅｄｄｙｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ，ｐｒｅｓｓｕｒｅｐｕｌｓａｔｉｏｎｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎａｔｋｅｙｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｐｏｉｎｔｓｌｏｃａｔｅｄｉｎｔｈｅｐａｓｓａｇｅｏｆｅａｃｈｗｏｒｋｉｎｇｃｏ

4、ｎｄｉ－ｔｉｏｎａｒｅｏｂｔａｉｎｅｄａｎｄａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔａｌｌｔｈｅｐｒｅｓｓｕｒｅｐｕｌｓａｔｉｏｎｉｎｔｈｅｗｈｏｌｅｐａｓｓａｇｅｏｆｔｈｅｂｕｌｂｔｕｒｂｉｎｅｃｏｎｔａｉｎｓｒｏ－ｔａｔｉｏｎｆｒｅｑｕｅｎｃｙ，ａｎｄｔｈｅｎｅａｒｅｒｔｈｅｄｉｓｔａｎｃｅｔｏｔｈｅｒｕｎｎｅｒ，ｔｈｅｌａｒｇｅｒｔｈｅａｍｐｌｉｔｕｄｅｏｆｒｏｔａｔｉｏｎｆｒｅｑｕｅｎｃｙｉｓ．Ｔｈｅｐｒｅｓｓｕｒｅｐｕｌｓａｔｉｏｎａｔｔｈｅｒｕｎｎｅｒｃｈａｍｂｅｒｉｓｔｈｅｓｔｒｏｎｇｅｓｔ，ａｎｄｉｔ＇ｓｔ

5、ｈｅｎａｔｕｒａｌｎｕｍｂｅｒｔｉｍｅｓｏｆｔｈｅｂｌａｄｅｒｏｔａｔｉｏｎｆｒｅｑｕｅｎｃｙ．Ｔｈｅｐｒｅｓｓｕｒｅｐｕｌｓａｔｉｏｎｉｎｔｈｅｄｒａｆｔｔｕｂｅｉｓｍａｉｎｌｙｃａｕｓｅｄｂｙｔｈｅｖｏｒｔｅｘｒｏｐｅ，ｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｂｌａｄｅｒｏｔａｔｉｏｎｆｒｅｑｕｅｎｃｙｃａｎｂｅｉｇｎｏｒｅｄ，ｔｈｅｐｕｌｓｅｓｔｒｅｎｇｔｈｉｎｔｈｅｃｅｎｔｒａｌｒｅｇｉｏｎｏｆｄｒａｆｔｔｕｂｅｉｓｌａｒｇｅｒｔｈａｎｔｈｅｐｅｒｉｐｈｅｒｙ．Ｏｖｅｒａｌｌｓｔｒｅｎｇｔｈｏｆｐｒｅｓｓｕｒｅｐｕｌｓａｔｉｏｎｉｎｔｈｅｐ

6、ａｓｓａｇｅｉｓａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙｌｉｎｅａｒｐｏｓｉｔｉｖｅｒｅｌａｔｅｄｔｏｔｈｅｈｅａｄａｎｄｔｈｅｏｕｔｐｕｔ，ｂｕｔｉｔｈａｓｎｏｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｔｏｆｌｏｗｒａｔｅａｎｄｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｌａｒｇｅｅｄｄｙｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ｔｕｂｕｌａｒｔｕｒｂｉｎｅ；ｐｒｅｓｓｕｒｅｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎ；ｖｏｒｔｅｘｒｏｐｅ为满足工，农业生产需要，开发低水头水利资源，包括沿海公式模化亚格子应力，用ＬＥＳ方法对水轮机主要过流部件进［４］；符杰等利用Ｆｌｕｅｎｔ软件的大涡模拟模型

7、对高水头的潮汐资源，适用于低水头电站的贯流式机组得到广泛开发。行了计算然而贯流式机组由于其转动惯量小，压力脉动对其影响较大，贯流混流式水轮机尾水管压力脉动进行了计算，结合数值模拟［１］。得到了尾水管涡带特性［５］。然而国内外对于灯泡贯流式水轮剧烈的压力脉动甚至会引起水力机械和水工建筑物的共振目前技术条件下，对水轮机压力脉动的研究方法主要为：理论机压力脉动的研究中所用ＣＦＤ方法较少，采用ＣＦＤ方法中大［６－１０］［２，３］。其中数值模拟应用最涡模拟数值计算的更加少见。本文以卧轴灯泡贯流式水研究、模型试验和数值模拟（ＣＦＤ）轮机为研究对象，

8、着眼于数值模拟的技术中极具潜力大涡模拟为广泛，它在处理３维湍流数值模拟方面主要方法有：直接模方法进行非定常计算，对贯流式水轮机流道内压力脉动的幅值拟（ＤＮＳ）、雷诺平均法（ＲＡＮＳ）和大涡模拟（ＬＥＳ）。大