叶顶间隙对贯流式水轮机空化流场的影响

doi:10.3969/j.issn.1000-565X.2018.04.009

华南理工大学学报(自然科学版) ›› 2018, Vol. 46 ›› Issue (4): 58-66.doi: 10.3969/j.issn.1000-565X.2018.04.009

• 能源、动力与电气工程 • 上一篇下一篇

叶顶间隙对贯流式水轮机空化流场的影响

张毅鹏^{1， 2} 刘梅清^{1， 2†} 吴远为^{1， 2} 林鹏^{1， 2}

1．武汉大学动力与机械学院，湖北武汉 430072; 2．武汉大学流体机械与动力工程装备技术湖北省重点实验室，湖北武汉 430072

收稿日期:2017-07-20 修回日期:2017-12-25 出版日期:2018-04-25 发布日期:2018-03-01
通信作者: 刘梅清( 1960) ，男，教授，博士生导师，主要从事流体机械及工程研究． E-mail:liumq@126.com
作者简介:张毅鹏( 1986-) ，男，博士生，主要从事流体机械及工程内部流动研究
基金资助:
国家自然科学基金资助项目( 51409197) ;湖北省水利重点科研项目( HBSLKY201701)

Effect of Tip Clearance on Cavitation Flow of Bulb Tubular Turbine

ZHANG Yipeng^{1， 2} LIU Meiqing^{1， 2} WU Yuanwei^{1， 2} LIN Peng^{1， 2}

1． School of Power Mechanical Engineering，Wuhan University，Wuhan 430072，Hubei，China; 2． Hubei Key Laboratory of Accoutrement Technique in Fluid Machinery and Power Engineering，Wuhan University，Wuhan 430072，Hubei，China

Received:2017-07-20 Revised:2017-12-25 Online:2018-04-25 Published:2018-03-01
Contact: 刘梅清( 1960) ，男，教授，博士生导师，主要从事流体机械及工程研究． E-mail:liumq@126.com
About author:张毅鹏( 1986-) ，男，博士生，主要从事流体机械及工程内部流动研究
Supported by:
Supported by the National Natural Science Foundation of China( 51409197) and the Hubei Provincial Water Ｒesources Department Key Project of China( HBSLKY201701)

摘要/Abstract

摘要： 为了研究空化流动下灯泡贯流式水轮机中叶顶间隙数值变化对其压力脉动特性的敏感性，揭示不同叶顶间隙值对灯泡贯流式水轮机非定常流动特性的影响．以某电站原型机为研究对象进行全流道数值计算和模型试验研究，用 4 种间隙 δ 变化方案对压力脉动特性进行比较．分析了叶顶间隙处的流场结构，并对数值计算结果和模型实验结果进行了对比．结果表明:文中所使用的方法可以基本反映出水轮机内部的流动情况; 当空化系数开始降低时，水轮机的效率发生变化，水力性能降低，达到临界空化系数时，效率下降明显;受到空化加剧的影响，叶片背面处监测点的压力脉动幅值增加，靠近轮缘处幅值大于叶片中部和轮毂处，当局部压力降到空化压力以下时波动不再剧烈，“削波”现象产生; 随着叶顶间隙值的增加，转轮间隙处空化程度加剧，空化形态由间隙空化演变为翼型空化，并出现泄漏涡空化;叶片反面轮缘处压力脉动主频与叶片转频相差不大，较大的叶顶间隙值可以有效降低轮缘处高频压力脉动，然而泄漏流动加剧会导致空化更为严重．因此，选取的叶顶间隙数值对于灯泡贯流式水轮机在稳定运行和降低振动噪声方面具有重要的意义．

关键词: 灯泡贯流式水轮机, 叶顶间隙, 压力脉动, 数值模拟, 空化

Abstract: In order to study the characteristics of the pressure fluctuation of bulb tubular turbine effected by tip clearance under the cavitation flow and to reveal the various tip clearance of bulb tubular turbine influence on the unsteady flow，numerical calculation and model test research prototype on whole flow passage are used to compare with pressure fluctuation characteristics on the four clearance schemes on the basis of the SST k-ω turbulence model and moving mesh． Then the tip clearance of the flow field structure is analyzed and the numerical results and model experimental results which confirmed the method can basically reflect the internal flow of the turbine are compared． The results show that with the reduction of the cavitation coefficient，the energy of the water turbine characteristics change，and hydraulic performance degraded too． And the arrival of the critical cavitation coefficient leads to efficiency to drop significantly; affected by the occurrence of cavitation intensification，pressure fluctuation amplitude is increased in the suction side，and the nearby flange of the amplitude is greater than that in the middle part of the blade and hub． When the partial pressure drops below the saturation pressure，fluctuation is no longer violent，with the phenomenon called“clipping”appearing． With the tip clearance value and cavitation occurrences aggravating in the gap，cavitation shape evolves from a gap cavitation to an airfoil one，and then leakage vortex cavitation emerges． The rotating frequency dominates the pressure fluctuation of the nearby flange on the suction side of the blade，a larger tip clearance can reduce high frequency pressure fluctuation at the flange，leakage flow will lead to more severe cavitation． Therefore，selecting the appropriate value gap is greatly significant to the bulb turbine in stable operation，lower vibration and noise．

Key words:

bulb turbines, tip clearance, pressure pulsation, numerical simulation, cavitation

中图分类号:

TH733

张毅鹏刘梅清吴远为林鹏. 叶顶间隙对贯流式水轮机空化流场的影响 [J]. 华南理工大学学报(自然科学版), 2018, 46(4): 58-66.

ZHANG Yipeng LIU Meiqing WU Yuanwei LIN Peng.

Effect of Tip Clearance on Cavitation Flow of Bulb Tubular Turbine

[J]. Journal of South China University of Technology(Natural Science Edition), 2018, 46(4): 58-66.

[1]	于鸣泉, 赵继云, 满家祥, 等. 高水基液压马达配流机构的研究[J]. 华南理工大学学报(自然科学版), 2023, 51(9): 19-29.
[2]	卢志民, 李博航, 唐雯, 等. 燃煤电厂SCR脱硝系统喷氨优化模拟[J]. 华南理工大学学报(自然科学版), 2023, 51(8): 62-70.
[3]	刘定平, 张向阳, 陈爱桦, 等. 基于正交设计的旋流管式除雾器性能的数值分析[J]. 华南理工大学学报(自然科学版), 2023, 51(6): 89-96.
[4]	麻向军, 王臻, 姚志强, 等. 偏心转子挤出机中UHMWPE熔体流动特性的数值模拟[J]. 华南理工大学学报(自然科学版), 2023, 51(5): 114-121.
[5]	戴公连, 陈坤, 葛浩, 等. 钢轨非接触式无损检测技术数值模拟研究[J]. 华南理工大学学报(自然科学版), 2023, 51(4): 44-52.
[6]	李树勋, 胡迎港, 李成, 等. 基于代理模型的轴流式调节阀阀体型线优化[J]. 华南理工大学学报(自然科学版), 2023, 51(3): 41-52.
[7]	田立丰, 郭美琦, 丁浩, 等. 超声速边界层气动光学效应及控制研究[J]. 华南理工大学学报(自然科学版), 2023, 51(2): 137-146.
[8]	于鸣泉, 赵继云, 满家祥, 等. 低速大扭矩液压马达配流机构研究[J]. 华南理工大学学报(自然科学版), 2023, 51(11): 101-109.
[9]	杜建明, 房倩, 王赶, 等. 高速列车经过双线隧道瞬变压力及压力梯度特征[J]. 华南理工大学学报(自然科学版), 2022, 50(9): 58-68.
[10]	宫楠, 李培振, 何徐明. 新型电涡流连梁阻尼器设计及其数值模拟分析[J]. 华南理工大学学报(自然科学版), 2022, 50(7): 25-34.
[11]	杜建明, 房倩, 李建业. 车隧阻塞比对高铁隧道壁面气动压力特征的影响[J]. 华南理工大学学报(自然科学版), 2022, 50(5): 56-64.
[12]	杨晨, 王风磊, 吴嘉懿, 等. 螺旋复合型槽纹管换热器壳程热力性能分析[J]. 华南理工大学学报(自然科学版), 2022, 50(2): 137-144.
[13]	黄思, 张果冉, 唐梓睿, 等. 风载荷作用下球形储罐的流固耦合分析[J]. 华南理工大学学报(自然科学版), 2022, 50(2): 67-75.
[14]	杨松, 李文强, 黄旭, 等. 基于对流换热系数修正的钢箱梁温度场研究[J]. 华南理工大学学报(自然科学版), 2021, 49(4): 47-58,64.
[15]	廖艳芬, 张曼玉, 陈顺凯, 等. 基于 FLUENT 的垃圾热解气 MILD 燃烧研究[J]. 华南理工大学学报（自然科学版）, 2021, 49(2): 9-16.

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Effect of Tip Clearance on Cavitation Flow of Bulb Tubular Turbine

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