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抽水蓄能电站正处于大规模建设和快速发展的重要阶段,抽水蓄能机组因其工作特性正逐渐成为电力系统调峰填谷的主力机组。其工作的主要原理是:在白天和晚上的用电量较高期间,水泵水轮机组以水轮机状态工作,上游的水库排水来发电,而在下半夜的低耗能时间内,机组以水泵状态工作,使用多余的电能将水从下游泵送到上游水库,使水增加了势能,这等于存储多余的电能。由于水泵水轮机的运行工况类型相对较多且工况间的转换较为频繁,运行中存在两个不稳定区域,即驼峰区和“S”特性区,机组在不稳定地运行区域中会导致机组启动进程的不稳定,以及水轮机工况下的并入电网困难,由此引发的机组运行稳定性问题较为突出。空化是流体机械运行中普遍存在的一种较难避免的水动力学现象。在水泵水轮机运行过程中,空化现象的发生和发展不仅会导致水力性能的降低,能量损失的增加,而且在严重的情况下还会产生强烈的振动和噪音。为研究水泵水轮机空化性能对“S”特性区的形成、发展过程的影响,本文选取“S”特性区中的3个典型工况点,采用SST k-?湍流模型和Zwart-Gerber-Belamri空化模型,对某抽水蓄能电站的水泵水轮机模型分别进行了单相流动和空化流动的数值模拟计算,分析“S”特性区内部流态与压力分布情况,探究“S”特性区的空化特性。在空化流动计算中,通过改变计算工况点的空化系数控制其空化状态,分析了不同空化系数下水轮机水力性能和内部流态的变化规律。研究结果表明:在单相流情况下,随着在“S”特性区中的流量减少,导叶区的流态由顺畅逐渐恶化,湍动能的变化梯度也逐渐增加,在活动导叶与转轮之间逐步出现了阻碍水流发展的圆环;由转轮流出至尾水管的水流的圆周速度分量逐渐增大,所产生的涡结构也越来越严重,使水流流速与转速无法匹配的情况更加矛盾;在两相流情况下,空化的发生使流道内水力损失增加,机组水力效率降低;随着空化现象的逐步发展,叶片载荷逐渐减小,反映出叶片转化水流能量的能力下降,导致了机组功率下降;随着所选取工况点中空化现象的逐步发展,空泡沿叶片方向逐渐发展,低压区面积由中心向外扩大,转轮内流态进一步恶化,部分叶片流道内出现多个阻碍流动的回流涡,导致转轮转速无法与流量匹配,是促使“S”特性现象进一步发展的重要原因。