1、隨著國家經(jīng)濟社會的發(fā)展，電力系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴大，隨機性、間歇性新能源大規(guī)模開發(fā)，對抽水蓄能電站的發(fā)展提出了更高要求。因此加快抽水蓄能電站的開發(fā)建設是目前水電行業(yè)發(fā)展的重點方向之一。
　　水泵水輪機是抽水蓄能電站中實現(xiàn)能量轉換的核心部件，也是抽水蓄能技術國產(chǎn)化過程中的關鍵。低比轉速單級混流式水泵水輪機在低水頭條件下啟動過程中，全特性曲線呈現(xiàn)出明顯的“S”型彎曲。此時，轉輪內的流動復雜多變，導致機組出現(xiàn)空載不穩(wěn)定以及并網(wǎng)困難等現(xiàn)象，這

2、將對電站的生產(chǎn)造成巨大影響。本論文針對水泵水輪機的“S”特性區(qū)域特殊流動問題，圍繞機組內部流場特征而展開了相關研究。
　　以某抽水蓄能電站水泵水輪機模型機為研究對象，建立起精確的三維幾何模型，借助計算流體動力學軟件實現(xiàn)水泵水輪機全流道數(shù)值模擬。模擬中采用能夠有效地捕捉近壁區(qū)以及遠壁區(qū)的流動特征的 SST k-ω湍流模型，以適應“S”特性區(qū)復雜流動的模擬精度要求。通過數(shù)值模擬，實現(xiàn)了對機組外特性和內特性的精確預測。最后，將數(shù)值計算結

3、果和模型試驗數(shù)據(jù)進行對比分析，獲得了“S”特性區(qū)內不同工況點下全流道內流場結構。具體研究內容如下：
　　（1）“S”特性區(qū)是典型的非設計工況區(qū)，它包括水輪機工況、水輪機制動工況和反水泵工況?；谡鏅C模型試驗數(shù)據(jù)，確定數(shù)值模擬工況點的相關參數(shù)，避免了非設計工況下邊界條件難以給定的問題。
　?。?）根據(jù)數(shù)值計算結果反算后得到的三個不同開度下的 n11-Q11曲線與模型試驗曲線吻合度較高，說明了幾何模型、數(shù)值模擬方法的可信性和可靠

4、性。
　?。?）從流場的角度出發(fā)，分析了活動導葉開度 a0=11mm下各過流部件的內部流場結構。結果表明，水泵水輪機在“S”特性區(qū)運行時，活動導葉與轉輪間動靜交界面附近有一圈高速水環(huán)，雙列葉柵流道、轉輪葉片流道內存在分布紊亂、無周期性、尺度不等的漩渦結構，阻塞了流道，引起了機組的水力不穩(wěn)定性，這是“S”特性產(chǎn)生的重要原因之一。
　?。?）通過對比不同工況下機組流道內的流態(tài)，發(fā)現(xiàn)反水泵工況下的流場最不穩(wěn)定。雙列葉柵流道和轉輪葉