机组在部分负荷工况下,尾水管内部的偏心涡带产生的不稳定的压力脉动是导致机组运行时出现振动的重要因素,如何有效的处理尾水管内部偏心涡带导致的机组不稳定运行是如今流体机械学科一个重要的研究方向。因此,需要在一定程度上需要对尾水管内部偏心涡带采取有效的改善措施方案。查阅大量参考文献并基于前研究学者的成果分析,本论文主要采用CFX软件对某电站机组尾水管内部流动在部分负荷工况下进行定常数值模拟以及非定常数值模拟研究分析,具体进行了以下的工作:1)以某电站水轮机为研究对象,在数值模拟研究中采用3种不同的负荷工况,分别是部分负荷工况、接近最优负荷工况以及大流量工况。通过CFD结果文件的处理,分别提取三个不同流量工况下的压力分布图、速度矢量图、涡带图以及尾水管流线图。将设立在尾水管内部的6个监测点进行数据处理,得到相对于的压力脉动时域图和频域图。依据水轮机组定常数值模拟计算结果能够得到:水轮机组在部分负荷工况下,尾水管内部水流出现了偏心从而在尾水管内部形成了偏心旋转涡带,且尾水管内部水流流线不稳定。机组在接近最优工况时,尾水管内部有条很细像圆锥体状的涡带,且尾水管内部水流流线很均匀、很稳定。机组在大流量工况运行时,尾水管内部水流呈现柱状涡。2)对混流式水轮机尾水管内部流动做出改善,提出以下三种不同的改善方案:加长泄水锥40mm、50mm、60mm(12.31%、15.38%、18.46%泄水锥加长度)、加入轴向干扰水流(1%、2%、3%、4%、5%补水量)、加长泄水锥的同时补入轴向干扰水流。模拟这三种方案对尾水管内部流动的影响。模拟得出泄水锥的加长并没有改变尾水管压力脉动频率,但降低了尾水管的压力幅值。模拟研究发现加长泄水锥15.38%时,对降低尾水管的涡带脉动最为明显,达到提高机组稳定性的作用。此外,对机组展开了不同补水量的定常以及非定常模拟研究计算,研究表明补入3%的轴向干扰水流能够较好的改善尾水管内部水流的流态。3)对加长泄水锥15.38%的同时补入不同比例总流的轴向干扰水流展开非定常模拟,发现当加长泄水锥15.38%与Qad=1%Q共同作用时,尾水管内部涡带频率有些许下降,幅值也有略微下降。当加长泄水锥15.38%与Qad=3%Q或者Qad=5%Q共同作用时,尾水管涡带的主频与次频由之前的0.2倍转频与0.4倍转频降低为主频为0.1倍转频以及次频为0.3倍转频。随着补水量的增加,主频与次频都随之减小,幅值也有明显降低,但是还没有仅仅加长泄水锥15.38%时对尾水管改善作用那么明显,分析原因可能是泄水锥加长将涡带水流引入了下游,而补入的水流又刚好形成了一个新的涡带。在加长泄水锥12.31%长度的同时补入5%Q总流条件下,,尾水管内部水流流态以及压力脉动幅值得到了很好的改善。