螺旋离心泵叶轮结构不对称性,在运行过程中所受一定的轴向力和径向力,对运行效率具有较大影响。对螺旋离心泵进行了全流道固液两相流计算,对叶轮表面压力分布、叶轮表面应力分布进行了分析,得出随着工况不断向大流量方向偏移,叶轮表面的压强逐渐增大,但叶片工作面和背面之间的压差却越来越小。流量和扬程呈负相关的关系,即流量越大,扬程越低。螺旋离心泵在运行过程中存在极大的轴向力,还受到一定的径向力。轴向力随着流量的增大而增大,扬程的增大而减小。螺旋离心泵在设计工况下运行最为稳定,越是偏离设计工况,内部流动情况越为紊乱,螺旋离心泵运行越不稳定,叶轮表面应力分布同样呈现出与流量负相关,即流量增大,叶片的应力和应变变小,在进行叶轮设计时,应在小流量工况下进行强度校核。

为了研究水泵水轮机空化对驼峰特性的影响,采用SST k-ω湍流模型和Z-wart空化模型对全流道进行了三维定常数值模拟计算,并分析了不同工况点下尾水管在驼峰区域的水力性能和内部流动状态。研究结果表明,不同工况点下,流量大小会改变尾水管区域液流的流动方向,从而产生偏心涡带使尾水管区域出现不稳定性,造成机组振动和噪声;单相计算结果比空化计算结果更早受到剪切流的影响。来流与壁面射流相互作用产生漩涡,出现回流现象。在速度梯度变化方面,空化计算结果的速度值要比单相的值高,能量损失有所增加。

研究灯泡贯流式水轮机在低水头工况下的内流特性,以南平电站贯流式水轮机为研究对象,利用RNG k-ε湍流模型对全流道进行了数值计算,分析在低水头工况下机组全流道流动情况,并定量分析了转轮的径向力分布情况。结果表明:南平贯流式水轮机在低水头的工况下,机组内部流动紊乱,在尾水管中存在大量的涡,导致机组在运行不稳定;在低水头小开度工况会导致机组出力不足,在大开度工况下造成机组效率较低,对电站水资源造成浪费。贯流式水轮机偏离协联工况时会造成转轮区域径向力的不平衡,将会引起机组运行运行过程中的振动和噪声,甚至引起转轮叶片的裂纹,将会降低电站的安全性和经济性。则水电站运行中要做好水情预测,及时调节水轮机导叶和桨叶开度,提高电站水能利用率。

依据给定的参数,对水力透平机进行模型设计。采用FLUENT软件对所设计的水力透平机进行了全流道三维定常湍流数值模拟,计算以雷诺时均N-S方程为基础,基于贴体坐标和交错网格划分,对控制方程进行变换和离散。采用SIMPLEC算法实现速度、压力变量的分离求解。定常湍流计算采用了标准k-ε湍流模型。模拟计算获得了水力透平各过流部件内部的流动机理,该数值计算方法和结果对水力透平机的水力优化设计具有重要意义。