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水电站的过渡过程常常引起强烈的水力机组压力脉动、振动和水锤等现象,严重影响电站的安全运行,对过渡过程中过流部件内部流动状态变化的研究也逐渐成为国内外的研究前沿和热点。本文以水轮机的过渡过程为研究对象,采用动网格技术对阀门的关闭过程和轴流转桨式水轮机活动导叶在小波动过程中的内部流动进行了CFD数值模拟。主要工作内容包括以下几方面: 首先,利用动网格技术对管道关阀水击过程进行了数值模拟。通过与实验及常规的特征线法比较得出,动网格技术可以应用于管道阀门水击的计算。研究表明:采用动网格技术的瞬态数值模拟更能准确地反映出阀门关闭过程中流场结构及流动状态的规律,阀门开度减小时流场变得复杂,出现复杂涡系,损失也会增加,同时阀门受力较大。 其次,对轴流转桨式水轮机小波动过程中活动导叶开度随时间变化这一过渡过程进行了数值模拟。通过对不同初始开度下的活动导叶进行了系统、全面的数值计算,包括活动导叶转动及固定不动两种情况,得到了活动导叶上的压力分布、流域内的流场分布。通过分析不同开度下导叶后方压力脉动的变化揭示了导叶开度由小变大以及由大变小这两个过程并不是个简单的逆过程,其间压力、速度的变化趋势不太相同。在活动导叶小波动过渡过程中,当导叶初始开度为小开度时,导叶后方压力波动幅值较大;当导叶初始开度为大开度时,导叶后方压力波动幅值较小开度时小。 最后,对小波动过渡过程中轴流转桨式水轮机转轮内部流动进行了数值模拟,分析了轴流转桨式水轮机转轮内部压力和速度的分布,在此基础上运用动网格技术改变导叶开度,研究了导叶开度变化时转轮内的流动特征,通过与活动导叶开度不变情况下的计算结果进行比较,揭示了过渡过程中流场的变化规律。