上海交通大学学报 ›› 2024, Vol. 58 ›› Issue (8): 1188-1200.doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2023.091
李金凤1,2, 陈武光1, 张正川1, 徐用良2,3,4, 李开盈5, 尹俊连1(), 王德忠1
收稿日期:
2023-03-14
修回日期:
2023-06-21
接受日期:
2023-06-29
出版日期:
2024-08-28
发布日期:
2024-08-27
通讯作者:
尹俊连,副研究员;E-mail:作者简介:
李金凤(1999-),硕士生,从事气液两相旋流稳定性研究.
基金资助:
LI Jinfeng1,2, CHEN Wuguang1, ZHANG Zhengchuan1, XU Yongliang2,3,4, LI Kaiying5, YIN Junlian1(), WANG Dezhong1
Received:
2023-03-14
Revised:
2023-06-21
Accepted:
2023-06-29
Online:
2024-08-28
Published:
2024-08-27
摘要:
当水轮机在部分负荷工况下运行时,尾水管内会形成不稳定的螺旋涡带流动,导致严重的流量不平衡,进而影响系统动态特性.获取尾水管内完整的气液两相流动,是分析涡带生成和发展机理从而对其进行有效控制的基础.为此,本文突破传统测量技术在气液两相流测量中的局限性,结合粒子图像测速和脉冲阴影技术,同步测量液相速度场和两个垂直方向的涡带形态.分析不同涡带形态的演化过程,进一步通过图像处理获取螺旋涡带的直径和空间信息,实现单螺旋涡带的三维重建,得到单螺旋涡带清晰的三维形态和旋转进动过程.最后对尾水管内呈现单螺旋涡带时的液相速度场进行分析,并将液相速度场与涡带的三维形态进行空间关联分析.实验研究表明:尾水管内涡带呈现单螺旋、双螺旋、气芯堆叠3种形态的不稳定循环流动演化,单螺旋涡带局部一分为二时,会转化为双螺旋涡带;单螺旋涡带局部螺旋升角不断减小时,会发生涡带堆叠破裂;尾水管内呈现单螺旋涡带时,涡带整体随液相主流绕中心轴线旋转进动,同时涡带自身局部存在绕某一轴线的旋转,涡带形态的螺旋旋向与整体旋转进动的螺旋旋向相反.流动根据轴向速度分为外围主流区和中心滞止区两部分,主流区和滞止区之间的剪切层卷起形成旋涡,液相旋涡的位置决定了螺旋涡带的空间形态.
中图分类号:
李金凤, 陈武光, 张正川, 徐用良, 李开盈, 尹俊连, 王德忠. 尾水管内气液两相流动测量[J]. 上海交通大学学报, 2024, 58(8): 1188-1200.
LI Jinfeng, CHEN Wuguang, ZHANG Zhengchuan, XU Yongliang, LI Kaiying, YIN Junlian, WANG Dezhong. Measurement of Gas-Liquid Two-Phase Flow in Draft Tube[J]. Journal of Shanghai Jiao Tong University, 2024, 58(8): 1188-1200.
表1
实验工况
序号 | Ql×103/ (m3·s-1) | Qg/(m3·s-1) | Re×10-5 | β/% |
---|---|---|---|---|
1 | 2.01 | 3.33×10-6 | 0.57 | 0.17 |
2 | 2.01 | 6.66×10-6 | 0.57 | 0.33 |
3 | 2.91 | 3.33×10-6 | 0.82 | 0.11 |
4 | 2.91 | 6.66×10-6 | 0.82 | 0.23 |
5 | 2.91 | 1.00×10-5 | 0.82 | 0.34 |
6 | 2.91 | 1.33×10-5 | 0.82 | 0.46 |
7 | 2.91 | 1.66×10-5 | 0.82 | 0.57 |
8 | 3.52 | 6.66×10-6 | 1.00 | 0.19 |
9 | 3.52 | 1.00×10-5 | 1.00 | 0.28 |
10 | 4.31 | 6.66×10-6 | 1.23 | 0.15 |
11 | 4.31 | 1.00×10-5 | 1.23 | 0.23 |
12 | 4.98 | 1.00×10-5 | 1.41 | 0.20 |
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