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拟采用的网格、湍流模型和时间步长等有关。此外，由初始至终止时刻，数值模拟预测的压力系数幅
值保持一致，而试验结果在负荷减小过程及 ＰＬ工况下的压力脉动幅值要更高。

图 １０ 数值与试验压力系数对比

尾水管内的压力系数结果显示，数值模拟低估了尾水管锥管段的压力脉动幅值，然而，其压力系
数变化趋势与试验值一致性较高，因而在定性分析尾水管内的流动特性上具有较高的可靠性。ＢＥＰ工
况下，转轮出口接近法向出流，数值压力系数与试验压力系数平均值均保持为一个固定值，导叶闭合
后，压力系数迅速下降，随后随导叶开度的减小逐渐增加。与 ＢＥＰ工况相似，导叶停止运动进入 ＰＬ
工况，压力系数首先迅速上升，随后缓慢下降，数值结果在时刻 ｔ ＝ ７．２ｓ 以后出现一个显著的低频、
高幅值周期性脉动，而相同的周期性脉动在试验过程中约在 ｔ ＝ ６．５ｓ 后出现。低频、高幅值周期性压
力系数的出现，与部分负荷工况下尾水管内螺旋形尾水管涡带的出现有关。
３．３ 转轮轴向水推力分析 轴向水推力不仅是水轮机组推力轴承载荷的重要组成部分，而且其脉动特
性对会直接引起厂房结构的振动，因而是水轮机设计和运行过程中的一个重要参数 ［３７］ 。为进一步分析
轴向水推力相对水轮机负荷变化的响应关系，图 １１显示了负荷减小过程中水轮机轴向水推力随时间
变化规律，其中正值表示数值模拟获得的轴向水 推力与 参考 坐标 系 ｚ轴 方 向一 致。图中 结果显示，
ＢＥＰ工况下轴向水推力绝对值最高且保持在一个常数附近。轴向水推力变化与导叶运动规律比较一
致，即随着导叶的闭合而减小，且在导叶开始运动后，轴向水推力快速降低，而在导叶停止闭合后进
入 ＰＬ工况，轴向水推力首先快速上升，然后在一定时间范围内缓慢下降，最后做周期性脉动。
为确定影响轴向水推力的重要因素，本文通过相干分析方法建立轴向水推力与不稳定压力脉动之
间的联系 ［３８］ ，如图 １２所示，图中分别显示了轴向水推力与无叶区测点 ＶＬ０２、转轮域测点 Ｐ４２以及尾
水管测点 ＤＴ６的相干系数。图 １２中横坐标 ｆ?ｆ定义为一个无量纲频率比，为计算频率 ｆ与水轮机转频
ｎ
ｆ之间的比值。纵坐标为相干系数，用来衡量两个变量之间的相关程度，相干系数越大，表明两个变
ｎ
３
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