Page 112 - 2022年第53卷第11期

图 １５ 阶段Ⅰ尾水管轴向速度及涡结构

口、泄水锥表面以及弯肘段的片状涡结构，这主要是由于固壁面附近速度梯度较高所致，而且这种片
状涡结构在整个模拟过程的不同时刻均存在。因此，ＢＥＰ工况下尾水管内流动光顺，未诱发不稳定涡
结构。
第Ⅱ阶段，水轮机活动导叶由 ９．８４°线性关闭至 ６．７２°，水轮机流量逐渐减小，转轮进口冲角增大。
分析图 １６结果可知，ｔ ＝ １．８ｓ ，尾水管内的轴向速度由于流量的降低而减小，特别是转轴附近区域，
此时水流方向仍然为轴向流动，未出现回流及分离区。然而，尾水管锥管段内出现了轴对称的自由涡
结构，表明水轮机负荷的减小，激发了尾水管内部的不稳定流动。ｔ ＝ ２．７ｓ ，随着流量的减小，尾水管
内的轴向速度进一步降低，锥管段出口与肘管段进口中心区域出现由肘管段外侧指向内侧的流动偏移
区。此时，尾水管内的自由涡结构强度显著增加，由泄水锥延伸至肘管段进口处。导叶继续闭合至 ｔ ＝
３．０ｓ ，流动偏移强度迅速增强，其中轴向速度流线方向与尾水管轴线呈较大角度，其范围扩大至弯肘
段中部。

图 １６ 阶段Ⅱ尾水管轴向速度及涡结构

此外，泄水锥下游出现反向轴向速度而形成回流区，此时的涡强度相对 ｔ ＝ ２．７ｓ 有所增强，但仍
然保持为对称结构。导叶终止闭合时刻 ｔ ＝ ３．５ｓ，尾水管内的轴向速度持续降低，流动偏移区域与回流
区域范围均显著扩大，表明水轮机流量的减小使尾水管内的水力不稳定性进一步增强。然而，图 １６
中显示的涡结构沿轴向迅速收缩，而在径向其涡核半径增加。综上所述，水轮机负荷变化过程中，尾

— １ ３ ８ —
７