分流叶片对混流式水轮机泥沙磨损特性影响的数值研究

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作   者：

周鹏;  孙淑贞;  郭鹏程;  师孟悦;  安栋栋;  孙龙刚; 

作者机构：

西安理工大学水利水电学院;  陕西省东庄水利枢纽工程建设有限责任公司; 

关键词：

分流叶片;  撞击速度;  混流式水轮机;  泥沙磨损; 

期刊名称：

水动力学研究与进展A辑

i s s n：

1000-4874

年卷期：

2024 年 39 卷 005 期

页   码：

767-776

摘   要：

在含沙水流条件下运行的水轮机，泥沙颗粒易引起过流部件材料磨损破坏、诱发不稳定流动甚至机械振动，严重影响电站的安全稳定运行及经济效益。该文采用基于颗粒输运模型耦合修正的Oka壁面侵蚀模型，联合SSTk-ω湍流模型对原始混流式水轮机和转轮增加分流叶片的新水轮机方案分别开展水沙两相数值研究，以探究分流叶片对水轮机泥沙磨损特性及水力性能的影响，其中Oka壁面侵蚀模型通过修改速度指数及冲击角常数以获取更准确的壁面磨损特性。研究发现，增加分流叶片后，在90%、65%和40%额定负荷工况下，水轮机的水力效率分别提升0.3%、0.5%和0.2%。转轮叶片吸力面头部及叶片出水边附近的相对速度被降低，40%额定负荷工况下，转轮叶道中靠近压力面的旋涡结构被显著抑制。原始转轮叶片最大的泥沙侵蚀率发生在叶片出水边靠近下环附近，且随负荷的减小，叶片压力面磨损强度逐渐降低，而吸力面不同工况之间的侵蚀强度比较接近。采用分流叶片的新转轮方案，叶片表面磨损率均显著降低，这与转轮内流动结构改善，泥沙颗粒对转轮叶片的撞击速度降低有关。该文揭示了分流叶片对水轮机内部流动及磨损特性的改善作用机制，可为水轮机抗泥沙磨损优化提供参考。