[发明专利]一种通过优化尾水管压力分布降低水轮机压力脉动的方法

说明书

本发明是一种通过优化尾水管压力分布降低水轮机压力脉动的方法。所述方法为建立湍流动能运输方程并进行求解，得到瑞流动能；采用SST k‑ω模型改进涡黏性，对逆压梯度流动进行预测；对逆压梯度流动进行预测，对于水尾管的各截面压力分布进行优化，降低压力，比较各截面不同时间绝对压力最小点的位置，根据最小压力位置可模拟出涡带发生的具体位置；在涡带产生点附近的压力分布梯度反映了在此截面上涡带范围的大小；轴向截面上的压力分布代表涡带在流道里的长度，径向截面上的压力分布代表涡带在该截面上的粗细，采用填充效应优化压力分布，降低尾水管涡带的能量。

技术领域

本发明涉及水轮机压力优化技术领域，是一种通过优化尾水管压力分布降低水轮机压力脉动的方法。

背景技术

在水力发电重要性日益凸显的今天，提升水电站水轮机组在部分负荷运行稳定性的要求变得尤为突出。在水轮机机组运行过程中，部分负荷工况下机组通常在相应的流场中产生严重的压力脉动，进而传播作用于水轮机机组本身，引起严重的能量损失和不稳定运行隐患。由涡带产生的压力脉动是引起机组不稳定运行和振动噪声的主要来源。依据CFD数值仿真技术，借鉴多年的实践经验，通过优化尾水管压力分布来消除或减弱尾水管涡带能量，降低尾水管涡带引起的压力脉动，从而提高混流式水轮机尾水管区域稳定性指标。

针对混流式水轮机涡带引起的压力脉动，通过非定常CFD数值仿真技术研究转轮不同出口形式及所对应的压力分布对涡带形状、发生区域以及涡带引起的压力脉动幅值的影响，并应用高速摄影技术结合动态PCB传感器测量压力脉动的模型试验方法对上述理论分析结果进行验证，并采用合适的方案抑制尾水管涡带引起的压力脉动，从而提高水轮机水力稳定性。

部分负荷工况下在相应的流场中会诱发严重的压力脉动，其中尾水涡带形成的压力脉动是引起振动、噪声及出力波动的主要来源，严重地影响了机组运行稳定性。

发明内容

本发明为降低水轮机压力脉动，本发明提供了一种通过优化尾水管压力分布降低水轮机压力脉动的方法，本发明提供了以下技术方案：

一种通过优化尾水管压力分布降低水轮机压力脉动的方法，包括以下步骤：

步骤1：建立湍流动能运输方程并进行求解，得到瑞流动能；

步骤2：采用SST k-ω模型改进涡黏性，对逆压梯度流动进行预测；

所述步骤2具体为：步骤2.1：采用SST k-ω模型改进了涡黏性，考虑湍流主切应力输运的影响，确定SST k-ω的湍动能k和比耗散率ω的输运方程的关系，通过下式表示SSTk-ω的湍动能k和比耗散率ω的输运方程的关系：

其中，F₁为加权函数，α₃、β₃、β'和均为湍流模型参数，G_k为湍动能生成项，v_t为涡黏系数，u_j为速度，和为湍流普朗特数；

步骤2.2：对逆压梯度流动进行预测，通过下式进行预测：

Y_k＝ρβ^*kωF_DES

其中，Y_k为湍动能方程中耗散项的修正，β^*、F_DES为模型参数，L_t为湍流长度尺度，C_des为DES模型中的校准常数，Δ为最大局部网格距离(Δx,Δy,Δz)。