运行水头对超低水头两叶片贯流式水轮机空化性能的影响研究

空化通常伴随着振动、噪声、材料损坏，不仅侵蚀流道，还会引起流道堵塞和剧烈的压力振动。对空化位置的准确识别可以有助于预防空蚀破坏，确保机组安全稳定运行。文中建立了超低水头两叶片贯流式水轮机组全流道模型，采用Rayleigh-Plesset模型和SST湍流模型对最小水头、额定水头、极限高水头工况进行了水-水蒸气两相流定常数值模拟计算，探究了不同水头下的空化特性曲线，叶片表面压力分布，扰流区水力损失，以及叶片表面空化位置分布情况。得到的主要结论如下：机组在额定水头和最小水头工况下几乎不会产生空蚀破坏，但在4.25～4.3m水头段内运行极易遭受空蚀破坏。受离心力和叶片形状的影响，空化最容易发生的部位是叶片吸力面靠近轮毂处，当转轮室内发生空化后，主流流态明显变差，流动分离、二次流、漩涡等不良流态都在扰流区域出现，增加了水力损失。在空化系数较小时(2≤σ≤3.5)，附着在叶片吸力面的空化形态主要为片状空化及其尾部的类云状空化，类云状空泡的破裂溃灭会对叶片表面造成损伤。该研究能够为两叶片转轮的设计制造、空蚀防护、运行范围选取提供一定的理论参考。