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1、对水轮机尾水管回收动能机理的结识一、水轮机的尾水管的作用、将转轮出口的水流平顺地引向下游。、运用下游水平面至转轮出口处的高程差，形成转轮出口处的静力真空,从而运用转轮的吸出高度 。3、回收转轮出口的水流动能,将其转换为转轮出口处的动力真空,减少了转轮出口的动能损失，从而提高水轮机效率。二、水轮机尾水管的工作原理由能量平衡方程:H1+P1pg+a1v122g=H2+P2pg+a2v222g设转轮所运用的水流能量为E=0-1取2断面为基准面,则E=（Hd+Papg+v022g)-(H0+P2pg+V222g+hw) (1)(）转轮出口没有装置尾水管 水轮机没有装置尾水管，转轮出口直接与大气相通,则
2、 代入(1)式可得转轮所运用的能量为（2)转轮出口装置圆柱形尾水管（如图所示) 取55断面为基准面,对22，55断面列能量平衡方程式， 则：由于圆柱形尾水管出口断面面积相等，V2=V5P5=Pa+hpg代入上式化简得：P2pg=Papg-HS+h2-5代入(1）式可得转轮所运用的能量为:(3)转轮出口装置扩散形尾水管同转轮出口装置园柱形尾水管同样列能量平衡方程式，则式中=g由于扩散形尾水管V2V5,则:P5=Pa+hgP2=Pa-HS-V22-V522g+h2-5代入（1）式可得转轮所运用的能量为：由以上可以看出:E3E2E1结论:(1) 没有装置尾水管时，转轮只运用了电站总水头的Hd部分,同
3、步损失掉转轮出口水流的所有动能 V222g(2) 装置圆柱形尾水管时，与没有装置尾水管相比，此时转轮多运用了HS的能量。这一多余部分称之为静力真空，它是在圆柱形尾水管作用下,转轮出口处不再是大气压而是相应的负压,由于负压存在相称于增长了作用在转轮两端的压力差。但水轮机仍然损失掉转轮出口水流的所有动能V222g (3) 装置扩散形尾水管时,除多运用了HS的能量外,由于尾水管出口断面的扩散作用，转轮出口处的流速由V2减少到 V5，与没有装置尾水管相比，又多运用了V22-V522g部分的能量。这一部分称之为动力真空，它是在扩散形尾水管作用下，转轮出口处的流速由V2减少到V5而形成的。但水轮机转轮出口
4、的动能损失变为V522g三、思考能否用其她措施来证明尾水管运用转轮的静力真空和动力真空?1.例如用lut软件来模拟尾水管的流态,通过变化方程中的模拟量,类似于真空度数值模拟的计算措施来证明尾水管动能回收机理。.模型实验,采用两个水力效应相似的弯肘形尾水管,通过控制流场内某些变量（压力）的大小，实验成果是没有控制压力得尾水管效率较高，阐明了运用静力真空。在我们本科生既有的知识水平来做这些研究尚有很大的难度,只能从学术论文上看别人的来推理某些也许存在的状况,如果要做,还需对模拟软件,编程,高等数学等学科知识作为铺垫。四、查询资料在水电站运营中，常常浮现振动，是由于在尾水管内产生螺旋状空腔涡带，此涡
5、带在尾水管内处在偏心位置，由于尾水管内压力分布不均匀,因此涡带旋转时，在尾水管壁的固定点上就形成了周期性的压力脉动。压力脉动对尾水管真空度有着很大的影响，一般来讲,尾水管压力脉动重要是由部分负荷时尾水管涡带引起的压力脉动。当导叶开度为0.至07时或者最优流量在在0.3至0.8的范畴内,此时涡带会常常浮现。 而当导叶开度为0.5至06时,处在低负荷载载区，此时产生的压力脉动最为严重。强烈的旋转压力脉动是当机组实际运营负荷为机组满负荷的1至1/5时，由涡带的旋转导致产生。当机组部分负荷时,除了尾水管有旋转压力脉动外，有时还可以观测到同步压力波动,如果此时的尾水管涡带的扰动频率与水路系统的特性频率相
6、符合,那么就会引起严重的压力峰值群,这将强烈导致机组振动，转轮叶片呈现裂纹，大轴松动,有时还可触发压力钢管破裂。导叶关闭规律对尾水管真空度的影响:在折线关闭规律下，先快后慢关闭时，尾水管真空度发生在折点处，且其值基本不随了s而变;先慢后快关闭时，尾水管真空度发生在导叶完全关闭时刻左右，且其值将随T的增大而减小。但当有效时间变化到一定范畴,使前后两段斜率变化极小时，则类似直线规律关闭。 折线关闭规律的选择决定于电站的工作水头以及水轮机的特性曲线，合适的折线关闭规律对尾水管真空度值是有利的。水轮机尾水管涡带研究指的是考虑影响涡带的多种水力因素，其涉及水头、开度、空化系数等，摸索涡带的发生的机理。并
7、通过度析涡带的频率和引起的压力脉动的幅值等参数特性,从而如何控制尾水管涡带的破坏限度。根据目前技术条件局限性，水轮机尾水管涡带的研究的水力机械界常用的四种措施:理论分析;模型实验; 数值模拟(全流道进行非定常三维湍流数值模拟); 真机实验。计算机技术解决系统自迅速发展以来,理论研究和实验研究的应用进展不大，但是CFD在水力机械技术上的应用研究发展不久、也很成熟。CD在独立数值实验越来越显示出强大的功能和特有的优越性,数值模拟作为重要研究手段之一逐渐占据水力机械行业的重要地位。理论研究重要是靠的是数学的措施直接求解所研究摸索的问题。理论研究措施重要是揭发物质运动的内在规律使其清晰、普遍的显示出来
8、。水轮机内部流动极为复杂，特别是针对尾水管中的三维紊流流动，大小涡流再加上空化的影响，尚有二次流,有时候甚至是汽液两相流的交叉影响。五、消除和减轻振动的措施:1、尾水管加导流隔板 因产生偏心涡带的主线因素是转轮出口水流有环量存在。因此用加隔导流板的措施来消除环流，其目的在于消除或削弱偏心涡带。导流隔板大概有如下几种:一是在尾水管直锥段进口部位加置十字形隔板;二是在直锥段进口管壁加置导流隔板；三是在弯肘段前后加置导流隔板。、尾水管补气 其目的在于破坏尾水管的真空,措施有两种:一是自然补气;二是逼迫补气。补气的位置一般是在直锥段。补气也会引起某些不良现象。例如，在正常运营工况下,水轮机出力会减少,
9、有时转轮背面的压力脉动反会增大，此外,已发现补气可以引起飞逸转速增大。3、改善构造 改善止漏装置（顶盖密封的梳齿型的止漏装置,活动导叶密封的型止漏装置，）、转轮叶片出水边的形状（葛洲坝转轮周边的裙边）和厚度等等的构造。4、合理安排机组的运营范畴,水轮机在偏离设计工况下运营，翼型的绕流条件与转轮的出口条件均会发生较大变化，在叶片进口产生较大冲角;在转轮出口形成较大环量,使尾水管内形成较强的空腔涡带。固然,实际运营中要有一定的环量，使水不易脱流,减少能量损失，因此，合理拟定水电厂的运营方式，尽量避开振动区，并且不让机组在低负荷和超负荷下长期运营。、对尾水管改型优化设计 有关资料研究表白:为了更好的
10、显示原型和改形后尾水管的内部流动,现把流量参量介入其中加以考虑并比较，流量值的范畴为2.m3s-7.m3s从中选用三个典型流量分别作出它们的静压、速度云图、以及断面45的速度云图和压力云图进行具体的比较。（1）流量Q=4 m3s时,两尾水管的流场显示及分析讨论如下 尾水管中心截面压力云图（左为原型,右为改形后)图中色阶表达该截面的速度分布，红色为最大。容易发现，经改性后的尾水管流场更均匀，水流能在扩散段有较好的平稳流动。尾水管流场流线云图(左为原型，右为改形后）从该图易见，改型前尾水管内部流体质点运动比较紊乱，极易产生涡流。经改型后,内部水流大体比较平顺,尽在弯管段外侧以及扩散段上部有一定的紊动。六、研究现状及展望将流体机械的基本流动理论与计算流体力学和优化措施结合在一起，谋求最优组合。分析尾水管压力脉动的最后目的是为提高水轮机安全运营提出指引方案和建议。混流式水轮机稳定性的水力因素是一种有难度的课题，尚有许多有关问题值得我们去研究，特别是对尾水管压力脉动的理论研究工作。相信后来通过研究人员的努力，在计算机和边沿学科迅速发展的基本上,尾水管涡带压力脉动的理论研究定将有新的发展。
