研究灯泡贯流式水轮机在低水头工况下的内流特性,以南平电站贯流式水轮机为研究对象,利用RNG k-ε湍流模型对全流道进行了数值计算,分析在低水头工况下机组全流道流动情况,并定量分析了转轮的径向力分布情况。结果表明:南平贯流式水轮机在低水头的工况下,机组内部流动紊乱,在尾水管中存在大量的涡,导致机组在运行不稳定;在低水头小开度工况会导致机组出力不足,在大开度工况下造成机组效率较低,对电站水资源造成浪费。贯流式水轮机偏离协联工况时会造成转轮区域径向力的不平衡,将会引起机组运行运行过程中的振动和噪声,甚至引起转轮叶片的裂纹,将会降低电站的安全性和经济性。则水电站运行中要做好水情预测,及时调节水轮机导叶和桨叶开度,提高电站水能利用率。

依据给定的参数,对水力透平机进行模型设计。采用FLUENT软件对所设计的水力透平机进行了全流道三维定常湍流数值模拟,计算以雷诺时均N-S方程为基础,基于贴体坐标和交错网格划分,对控制方程进行变换和离散。采用SIMPLEC算法实现速度、压力变量的分离求解。定常湍流计算采用了标准k-ε湍流模型。模拟计算获得了水力透平各过流部件内部的流动机理,该数值计算方法和结果对水力透平机的水力优化设计具有重要意义。