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抽水蓄能电站作为当前电网最有效的调节器,其运行机组水泵水轮机要求具备更高的稳定性与灵活性,但当前机组存在的水轮机模式的“S”特性区与水泵模式的驼峰区两大不稳定区域成为制约水泵水轮机及其系统发展的瓶颈,也是影响机组和电力系统安全的关键问题之一。本文以某一抽水蓄能电站水泵水轮机模型为研究对象,对导叶开度为7°时的“S”区流动特性进行数值模拟研究,主要工作及结果如下:(1)对模拟计算域进行三维建模和网格划分,进行网格无关性验证并选定网格数以进行后续计算。采用SST κ-ω湍流模型,根据模型试验数据给定边界条件,取7°导叶开度线上多个工况点进行定常计算,随后选定该开度下的典型工况点进行非定常计算,对比外特性曲线,验证数值模拟方法的可行性。(2)对水泵水轮机各工况下的流场展开分析。通过压差分析法与熵产分析法,确定了活动导叶与转轮中的水力损失最高,能量损失位置多分布在轮毂与轮缘侧。转轮内不同展向流面的流线与速度分布显示,水泵水轮机在偏工况运行时,转轮轮毂侧形成旋涡结构、中间流面形成挡水环、轮缘侧形成回流结构。当在转轮内出现不稳定流动结构时,转轮进口出现较高的轴面速度与周向速度,转轮内存在大范围低速区,转轮通流受到阻碍;当中间流面出现挡水环时,转轮进口绕流严重。(3)对无叶区与转轮内的压力脉动分析,采用了快速傅里叶变换(FFT)、压力脉动峰峰值,流动拓扑等方法。无叶区的压力脉动主频为20fn,主要受动静干涉影响,但在偏工况时,出现明显的低频脉动分量,其中挡水环对高频分量的影响较大,轮毂侧的旋涡对低频分量的影响较大;转轮叶片上的压力脉动峰峰值从转轮进口至出口逐渐降低,且吸力面的脉动峰峰值比压力面的低,说明压力面的流动结构比吸力侧的复杂,采用流动拓扑分(4)转轮力特性分析显示,随着流量减小,转轮总受力逐渐减小,径向力与轴向力脉动幅度增大;径向力在进入飞逸工况之后,转轮叶片上的分量增大;轴向力的分量在轮毂与轮缘侧比较大,方向相反,相互抵消以降低主轴受力,而叶片上的分量基本可以忽略;转轮叶片负载分析显示,在转轮叶片进口与出口处负载分布出现峰值,压力面峰值低于吸力面;随工况的变化,叶片两面压差减小,转轮做功能力降低。