水轮机流道改造后的典型工况空化性能分析

分析流道的空化性能，需要将流道内点的绝对压力与空化压力比较，若绝对压力低于空化压力，则该区域易发生空化。一般取空化压力约为3500Pa。数值模拟计算中，可以读取流道内点的相对静压力，记为读数p，流道内点的绝对压力记为p′，p′可由p换算而得。

由于计算中考虑了重力的影响，给定边界条件时，设尾水管出口中心静压力为0，尾水管中心处的绝对压力p dt可表示为

p dt=p a+ρg*（尾水位高程-尾水管出口中心高程）

式中：p a为大气压力，取值101325Pa，尾水位高程取下游最低水位194.7m，尾水管出口中心高程为191.27m。

图3-49（一）　水轮机改造流道叶片部分低压易空化区域

图3-49（二）　水轮机改造流道叶片部分低压易空化区域(www.xing528.com)

流道内各点的绝对压力p′可表示为

p′=p+p dt

式中：p代表流道内点的相对静压力，通过数值模拟计算结果可以读取。由此获得流道内点的绝对压力p′，当其低于空化压力时发生空化。用流道内点的相对静压力分布图表示出可能出现空化的区域。

图3-49中蓝色线区域表示较低压力区。由图3-49可见，在大流量大开度工况下，如工况4、工况8和工况12，低压易空化区域范围较大，空化性能较差，但已属于超功率的非运行工况，其他工况空化性能良好。

电站实测表明，在毛水头4.9m，机组出力2000kW，各部瓦温均低于规程要求值，空化情况良好，基本达到了用户的要求。

上述表明，用CFD技术可以揭示水轮机流道内各部分的流态状况，为优化水轮机设计提供了良好的条件。但是，CFD技术是在不同假设条件下计算分析的，这与水轮机内部真实的流动状态还是有差距的。

为便于比较，在新转轮设计或老电站改造中，尽量模拟已定的流道（包括进口、引水段、蜗壳、固定导叶、活动导叶、转轮、尾水锥管、尾水管、尾水出口），并输入已有的好转轮或原老转轮的参数，并与原模型试验特性相比较，以确定CFD公式中的各系数值，在各系数相同的条件下输入新设计转轮参数，并得到预估模拟的综合特性曲线，这样的对比可信度较高。

尽管目前已开展了水轮机能量与气蚀性能的CFD预估，但最终还是应由模型试验结果来做判断。