Page 39 - 2023年第54卷第7期

［３３］
网格边之间的夹角，其范围为 ０°～９０°，ＣＦＤ计算通常要求角度大于 １８° ，本文最小角度 ３３．６°在接
受范围之内；最低质量定义为为计算六面体结构化网格的三种度量方式（行列式、最大正交性、最大
翘曲度）中的最小值，网格质量在 ０～１之间，结构化六面体网格的最低质量满足在 ０．１以上 ［３４］ ，即可
确保数值模拟计算的精确性，因此本文最低网格质量为 ０．３５满足计算要求。

图 ３ 模型水轮机结构化网格及压力测点布置

表 １ 过流部件网格数统计
模型 Ｎ１ Ｎ２ Ｎ３ Ｎ４ Ｎ５ Ｎ６
蜗壳 ０．３２ ０．５０ ０．７４ ０．９５ ０．９５ ０．９５
固定导叶 ０．７５ １．０６ １．３３ １．６３ ２．２２ ２．４５
活动导叶 ２．２６ ２．８４ ３．４５ ３．９３ ３．９３ ３．９３
转轮 ２．１１ ２．８５ ３．２６ ３．７８ ３．７８ ３．７８
尾水管 １．２４ １．６２ １．９７ ２．３５ ２．９７ ３．４７
总计 ６．６８ ８．８７ １０．７５ １２．６４ １３．８５ １４．５８

试验过程中采用频率控制器调节转速，当水轮机输
出的扭矩为 ０或者接近为 ０时停止试验，此时得到的转
速即为导叶开度为 １４°时的飞逸转速。数值计算和试验
测试得到的单位转速与单位流量对比如表 ２所示。由表
２可知，数值结果和试验测试结果比较吻合，飞逸转速
值与流量值的误差分别为 ３．６％和 ７．４％，表明本文所采
用的数值模拟策略可靠。

４ 结果及分析

４．１ 外特性参数对比分析 图 ５为飞逸过程中典型外特
性参数随时间的变化曲线。由图可知，在此过渡过程中， 图 ４ 网格无关性测试结果
转速先快速增加后缓慢增加，直至飞逸转速时刻，该时
表 ２ 数值模拟与试验结果对比
刻为初始工况的 １４９．０２％；而流量在整个过程中逐渐减
参数 数值结果 试验结果 误差
小，且下降幅度相对较小，飞逸转速时刻单位流量为初
单位转速?（ｒ?ｍｉｎ） １０７．１１ １０３．３５ ３．６％
始工况的 ８３．８６％；扭矩和效率均显示为迅速下降，在ｔ ＝
３
单位流量?（ｍ ?ｓ） ４１３．６４ ３８５．０９ ７．４％
０．４ｓ （瞬时转速为初始时刻转轮旋转速度的 １．３倍）后，
出现了较大的波动，直至降至零。飞逸过程是一个转速上升、流量减小的动态过程，该过程运行参数
随时间变化而逐渐偏离最优工况的程度越高，显著降低了水轮机过流部件对运行参数的适应性，因此
在 ｔ时刻后扭矩及效率出现较大波动，表明该时刻后水轮机内部流场不稳定性被增强。
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