基于TBR模型的高水头混流式水轮机水力性能预测

孙龙刚，郭鹏程，麻 全，郑小波，罗兴锜

（西安理工大学水利水电学院，西安 710048）

0 引 言

动静干涉（rotor-stator interaction，RSI）现象是叶轮机械的显著特征，主要是由于转子与定子的相对运动，前排叶片的尾迹区对后排叶片形成周期性扰动，引起叶轮内部速度及压力场随时间发生周期性变化，诱导幅值较高的压力脉动[1-3]。Franke等澄清了RSI的产生机理，首次对 RSI作用下的压力波模式进行了可视化研究，并对一个20个活动导叶的水泵水轮机进行了试验验证[4]。叶轮机械 RSI效应的捕捉，必须进行瞬态计算，而为了避免共振，叶轮机械转子与定子叶片数往往互质，使得周期性边界条件设置失效，此时必须对整圈叶片进行计算，保证转子与定子之间的螺距比为1，从而确保上下游信息的准确传递，以提高计算精度[5]。江伟等[6]研究发现，随着流量增加，离心泵半高导叶断面间隙对叶轮和导叶之间的 RSI作用逐渐减弱，而叶轮与蜗壳之间作用逐渐增强。李伟等[7]采用PIV技术对混流泵内部流场进行了试验研究，测试结果显示受叶轮和导叶之间 RSI作用的影响，导叶进口处涡旋流动结构较为明显，造成流道堵塞。麻全[8]数值研究了高水头混流式水轮机稳定飞逸工况下水轮机不同位置的压力脉动特性及 RSI效应。叶轮机械全流道数值计算相当耗费计算资源及时间，并且与计算域的离散、湍流模型，求解控制等均有关。水轮机部件相对较多，为更准确地捕捉内部流动特性，全流道计算的网格已达上千万甚至更多[9]，而进行全流道瞬态计算，单个工况的计算时间通常要达数十天，若采用更高级的湍流模型及要求更高精度，时间会更长且消耗更多的CPU及内存[10-11]。……