近年来,随着经济的快速发展,电网的规模不断扩大,抽水蓄能电站由于可以有效解决电网中调峰调频的问题而成为人们关注的焦点。水泵水轮机作为抽水蓄能电站核心部件,在水轮机工况下易进入不稳定的“S”特性区内,在该区域内机组效率严重下降,并且在“S”特性区内,往往还伴随着空化现象的产生。空化会破坏液体的正常流动,增大运行的不稳定范围,因此本文通过数值模拟对水泵水轮机“S”特性区内的空化现象进行研究,主要研究内容为:(1)针对“S”特性区内典型工况点进行稳态计算,并对其水力损失和流动特性进行分析。研究表明:“S”区内不同工况下的损失主要产生于转轮与叶栅流域,损失主要是由于流道内的旋涡运动引起的。基于流动特性的分析发现,“S”特性的形成与转轮进口的高速环流与流动分离有关,当空化发生时,流场中会形成更多的旋涡,增加了流动的不稳定性。流量的改变会对空泡的位置与形状产生影响,当流量较大时,空泡体积较小,而当流量减小时,空泡体积增大,并堵塞流道。(2)针对典型工况进行单相的非稳态计算,并分析流场内压力脉动的形成原因及传播规律。研究表明,水轮机工况下的流动具有稳定性,流场中不存在特征低频,仅存在着由于转轮旋转引起的高倍转频。在制动工况下,流场内出现的回流区产生了一个低频的压力脉动,并且回流区的位置随转轮不断变化。小流量反水泵况下流道内产生大量的旋涡结构,但其形状基本不变,所以小流量反水泵况内的压力脉动幅值相对较低,其流场中存在的低频压力脉动同样与周期性出现的回流区有关。(3)针对“S”特性曲线上的典型工况空化现象进行了非稳态计算,并对空化引起的压力脉动进行分析。研究表明,空化对水轮机工况的影响较小,仅在流场内产生一个低幅值的低频压力脉动,该压力脉动与空泡周期性的膨胀与缩小有关。在制动工况下,无叶区产生的回流区依然是影响低频压力脉动最主要的因素。当压力下降时,导叶出口的旋涡强度明显增加,旋涡的产生对空化的出现产生影响。通过对比不同测点的压力脉动幅值发现,空化对制动工况尾水管流域的影响较大,尾水管处的压力脉动受转轮内周期性生成与溃灭的空泡影响,其低频压力脉动幅值会明显升高。