进入新世纪以来,随着风能、核能、太阳能等能源利用的飞速发展,对于电网调节能力的要求越来越高,抽水蓄能装置可以根据用电情况适当调节峰谷差异,提高电力系统运行稳定性。水泵水轮机作为抽水蓄能电站的核心设备,在泵工况下运行时存在的驼峰特性是制约其技术发展的主要原因之一。在流体机械中,广泛存在的空化现象与流动稳定性的变化息息相关,因此本文主要通过数值模拟和实验验证相结合的方法来研究水泵水轮机中空化对驼峰特性的影响关系。本文的主要研究内容及结论如下:(1)在定性分析空化与驼峰特性之间的联系方面,采用CFX软件,选取SST k-ω湍流模型以及Z-G-B空化模型对单双相22个工况点以及变空化系数11个工况点进行稳态数值模拟。研究发现,空化主要发生在转轮叶片吸力面靠近转轮进口位置,其形成的水蒸汽结构会随着空化系数的降低而逐渐增大并向流道内部延伸,从而改变流体过流结构,引起水力损失的增加。此外,由于空化的作用,多相计算出现了明显的驼峰特性,而单相计算则并不明显,产生这种差异的原因主要是由于空化在驼峰特性工况点的异常增加造成了水力损失的不规则变化。(2)为从内特性角度探究空化对驼峰特性的作用关系,通过LES(大涡模拟)对驼峰特性区域峰谷工况点分别进行单相与多相瞬态数值模拟,采用快速傅里叶变换对压力脉动数据进行频域分析,并从内流场中探究主频脉动来源。研究发现,在对压力脉动的预测方面,空化的发生导致多数压力脉动测点幅值升高,且由于空化发生在转轮叶片吸力面,因此其对尾水管流域的压力脉动主频和幅值影响较大,在尾水管流域,受到空化的影响出现了 1.344倍频的主频成分。各流域内的主频分别来源于回流的周期性震荡、迪恩涡的低速旋转、空化的周期性发生溃灭以及低速旋涡团的周期性旋转。(3)为了探究间隙流动的存在对空化以及流场造成的影响,通过稳态数值模拟的方式对10个考虑间隙流动的工况点进行多相数值模拟。对比发现,当考虑间隙流动时流动总损失增加,扬程以及总效率降低,水力效率提高,驼峰特性发生滞后。间隙流动的发生主要对转轮流域造成影响,一方面间隙流动中的迷宫结构造成了流动损失的增加,引起外特性降低;另一方面间隙流动的存在使得空化发生的程度降低,转轮流道内的流动得到改善,转轮流域的水力效率提高。