【论文精选】混流式水轮机叶道涡流动特性学术资讯

来源：农业工程学报

《农业工程学报》2019年第35卷第20期刊载了西安理工大学郭鹏程、孙龙刚与罗兴锜的论文——“混流式水轮机叶道涡流动特性研究”。该研究由国家自然科学基金重点项目（项目号：51839010）等资助。

随着风能、太阳能等间歇性能源在电网中占比的增大，水轮机被频繁要求运行在部分负荷甚至极小负荷等偏工况，以平衡电网参数的不利影响。叶道涡（Inter-blade vortex）是混流式水轮机运行在部分负荷工况下的一种典型空化流动现象，其起源于相邻两叶片之间而消失于转轮出口附近，对水轮机性能有直接影响。尽管现代模型水轮机验收试验中，叶道涡作为一项重要的考察指标必不可少，然而关于叶道涡发展过程及其对水力性能的影响研究比较有限。

本研究基于瞬态空化两相流动数值模拟及与模型试验观测的方法，对某低水头模型水轮机叶道涡流动特性进行研究。通过数值模拟及试验观测获得空化条件下转轮内的叶道涡的流动结构、叶道涡位置及其发展，分析空泡体积的时变规律获得了叶道涡频率。进一步分析叶道涡的形成原因，系统性阐明叶道涡工况区计算域不同位置的压力脉动特性及尾水管内的典型流动特征。

结果表明：数值预测的叶道涡形态及位置与可视化试验结果吻合地比较好。叶道涡出现时，转轮内的空泡体积呈周期性脉动，其脉动频率为转轮转频的90%，且该频率同时向上游及下游传播；转轮内靠近叶道涡区域的压力测点，压力脉动幅值被显著增大；进入尾水管的水流在靠近壁面处出现速度极大值，正向与负向速度之间的剪切形成较大的回流区域。本研究可为进一步深入研究和理解叶道涡这种复杂的空化涡流现象及其对水力性能的影响提供一定的参考。

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来源：gh_c45100f8f9c0 农业工程学报

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