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目前,可逆式混流水泵水轮机向高水头、大型化方向发展趋势。然而,由于其内部流动具有双向流动的特点,因而在选择水泵水轮机转轮参数过程中需要同时考虑水泵工况和水轮机工况的流动特性,使水泵水轮机能够在两种运行方式下均具有良好的机械性能、水力性能。为此本文以CFD软件为基础,对水泵水轮机转轮性能进行预估分析;得到叶片参数包角对双向流动性能的影响;以及导叶尾部卡门涡列的频谱特性。 首先,分别对水轮机工况和水泵工况进行定常与非定常全流道计算分析。定常计算表明:水轮机工况水力损失主要分布在转轮和尾水管;水泵工况水力损失主要分布在蜗壳和双列叶栅区域。非定常计算结果表明:双列叶栅区域和转轮区域压力脉动明显,水泵工况时脉动频率以1倍的叶倍频为主;水轮机工况时固定导叶区域脉动频率以2倍叶倍频为主,活动导叶以1倍叶倍频为主。对于转轮与导叶间的无叶区域,水泵工况和水轮机工况脉动频率均接近2.2倍叶倍频。 其次,分析叶片参数包角对水泵水轮机整体流动性能的影响。在保证转轮进出口边直径不变条件下,通过改变高、低压边周向位置来调整叶片包角。并对改型后所得的一系列叶片分别进行数值模拟,得到包角改变后机组整体性能及流动特性的影响。 最后,应用大涡模拟法分别对单个活动导叶、双列叶栅及双列叶栅加转轮进行分析,主要分析翼型尾部区域的卡门涡列。对不同来流冲角的单个活动导叶数值模拟结果表明,冲角改变时,翼型尾部压力脉动幅值发生改变,翼型尾部卡门涡频率不变。对不同工况下双列叶栅尾部测点压力脉动进行分析,结果表明其压力脉动为高频脉动。对双列叶栅加单周期转轮进行数值模拟结果表明,水轮机工况时,导叶区域和转轮区域的压力脉动频率与转轮叶片1倍叶倍频相近。水泵工况时:导叶区域压力脉动频率与转轮叶片1倍叶倍频相近;转轮区域进口与1倍叶倍频相近,出口与2倍叶倍频相近。