水泵水轮机全流道“S”特性区数值分析

抽水蓄能电站在水电中扮演着极其重要的角色，其机组水泵水轮机的“S”特性区流动情况是研究的重点。以自主研发的某水泵水轮机为研究对象，根据模型试验结果的“S”特性曲线，选取其中小导叶开度的“S”特性曲线，结合SST k-w湍流模型，运用ANSYS-CFX软件对曲线上部分工况点进行了数值分析。数值分析工况包括水轮机工况、飞逸工况、制动工况和反水泵工况，通过计算得到了单位流量和单位转速的关系曲线，所得曲线与模型试验曲线较为吻合。计算结果表明：在制动工况和反水泵工况时，固定导叶、活动导叶和转轮区域内均存在较多的旋涡性回流，为较为不稳定的工况。转轮区域内流动速度极低，叶片中间位置有无规则性回流，相邻的两个叶片头部之间形成横向流动的水环，水环在离心力的作用下阻挡水流进入流道，从而大大减小了转轮的过流能力，这可能是导致水泵水轮机在制动工况下单位转速降低的重要原因。