六喷嘴佩尔顿水轮机

甩负荷瞬态性能

针对该六喷嘴佩尔顿水轮机，采用一维特征线法与三维CFD耦合，揭示甩负荷过程中偏流器-射流干涉引起的瞬态流动与流体动力特性。

王晓冬 · Xiao-Wen, Huang · Shao-Dang, Hu · Xuan, Wang · 王文全 · 闫妍

Physics of Fluids 2025

参数信息

压力波动幅值

5 %

径向力增加倍数

10

技术优势

捕获瞬态干涉流场

一维特征线法与三维CFD耦合，既保证供水系统波传播的计算效率，又精细刻画偏流器-射流干涉的局部三维流动，揭示压力波动和力突变的内在机制。

发现径向力激增

偏流器改变射流方向，对转轮产生制动作用，同时使转轮径向力增大一个数量级，这为转轮强度和轴承设计提供了关键载荷边界。

定位峰值发生开度

最高转速与最大径向力出现在相近的偏流器开度，且与初始负荷和偏流器关闭方案无关，可据此优化偏流器行程以避免危险工况。

应用场景

• 水轮机瞬态过程：为佩尔顿水轮机甩负荷工况提供高精度预测模型，用于优化偏流器控制策略。
• 水风光储联合运行：量化水轮机快速调节时的瞬态水力载荷，支撑水风光储联合系统中水电机组的安全运行。
• 流体机械测试：提供甩负荷过程压力波动和径向力的数值基准，可用于验证试验测量数据。
• 水力发电设备：揭示转轮径向力突增现象，为轴承和转轮结构设计提供极端载荷依据。