上游扰动条件下尾水管涡带演化和压力脉动研究

尾水管涡带是混流式水轮机流动不稳定的表征，严重时甚至会导致机组疲劳破坏。为准确捕捉不同工况下尾水管内流体流动的瞬态湍流特性，采用滑移网格技术以及SST k-ω湍流模型，通过现阶段最新进展的Liutex涡识别方法对尾水管涡带进行捕捉并对比分析，着重分析了不同来流对尾水管涡带的形成、发展、破裂和低频压力脉动的影响。结果表明：与文献实验结果的对比，验证了结果的准确性；上游不同来流条件下，尾水管涡带形态各异。最优工况时仅形成一个稳定的旋流结构，即纺锤形涡带，对流场影响较小。流量降低到设计流量的81%时，形成螺旋形涡带，涡带的偏心运动对主流产生了较大干扰作用，涡流、回流和流动分离等不稳定现象明显。由于涡带对主流的排挤作用，造成涡带与壁面之间出现明显的高速区，平均脉动压力系数幅值也比最优工况增加了1.36～4倍，压力脉动呈现出典型的低频、高幅特征；随着开度的继续降低，涡带体积大幅度增加，形成一个较大的空腔涡带，占据流域范围较广，与肘管壁面发生直接“冲击现象”;开度越小尾水管内产生的涡流越杂乱，流场越不稳定，当开度降至最低时，有形涡带消失，破碎后的杂涡充据着整个直锥段和弯肘段。

Influence of Upstream Disturbance on Vortex Rope Evolution and Pressure Fluctuation in Draft Tube