Page 106 - 2022年第53卷第11期
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间，经计算瞬态时间步长为 ０．００１ｓ，且每个时间步内迭代 １５次。首先进行 ＢＥＰ工况下的稳态计算，
并以此为初场进行 ＢＥＰ工况下的非稳态计算，以转轮旋转 ４圈的非稳态计算结果作为负荷减小瞬态计
算的初始值。数值计算进口给定总压，出口指定静压，这种边界条件的设置有效保证了数值计算与模
型试验水轮机进出口压差的一致性。按照 ＮＴＮＵ提供的进口静压 Ｐ、流量 Ｑ和净水头 Ｈ的试验数据，
１
可通过式（ １）至（３）获得蜗壳进口总压 Ｐ 和尾水管出口静压条件 Ｐ ，
ｉｎ ｏｕｔ
１ Ｑ ２
( )
Ｐ ＝ Ｐ＋ ρ （１）
ｉｎ １
２ Ａ
ｉｎ
２
２
Ｐ－ Ｐ ｖ－ ｖ
Ｈ ＝ １ ｏｕｔ ＋ ｉｎ ｏｕｔ ＋ ｚ （２）
ρ ｇ ２ｇ
Ｑ Ｑ
ｖ ＝ ｖ ＝ （３）
ｉｎ ｏｕｔ
Ａ Ａ
ｉｎ ｏｕｔ
３
３
式中：Ｐ为蜗壳进口静压，Ｐａ；Ｐ 为尾水管出口静压，Ｐａ；Ｑ为流量，ｍ ?ｓ；ρ 为密度，取 ９９９．８ｋｇ?ｍ；
１ ｏｕｔ
２
ｇ为重力加速度，取 ９．８２ｍ?ｓ；Ａ 为蜗壳进口横截面面积；Ａ 为尾水管出口横截面面积；ｖ为蜗壳进
ｉｎ
ｉｎ
ｏｕｔ
口速度，ｍ?ｓ；ｖ 为尾水管出口速度，ｍ?ｓ；ｚ为水轮机进出口高程差，ｍ。
ｏｕｔ
此外，本文对 ＮＴＮＵ提供的进出口压力数据进行非线性曲线拟合处理，取其拟合结果作为瞬态模
拟的进出口边界条件，如图 ６中点划线所示。
图 ６ 进出口压力边界条件
２．４ 计算域离散及网格无关性验证 本文采用多面体网格对计算域进行离散，多面体网格的最大优点
在于其一个控制体周围有大约 １０个相邻单元，因而能以相对较少的控制体获得更加精确的梯度和局
部流动分离解 ［３２ － ３３］ 。图 ７所示为计算域网格示意图，其中固壁面如导叶、转轮叶片等通过棱柱层网格
进行边界加密处理。
图 ７ 计算域多面体网格示意图
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