叶片前缘厚度变化规律对水泵水轮机初生空化影响研究

The inception cavitation concept has already become the cavitation judgement standard for reversible pump turbine instead of the critical cavitation concept. And the inception cavitation becomes an important factor which affect the type selection and blade hydrodynamic design of the reversible pump turbine. In this project, analytical studies, numerical simulations and model tests were used to study the hydrofoil and the reversible pump-turbine mainly on its leading-edge inception cavitation characteristics. The influence of the leading-edge shape and the thickness variation law on the inception cavitation are discussed. The design principle of the leading-edge geometry for reducing the inception cavitation number is established. This study will provide theoretical support for high-performance hydraulic design of the reversible pump turbine.

初生空化目前已经替代临界空化成为判断水泵水轮机是否空化的标准，初生空化问题成为影响水泵水轮机机组选型和叶片水力设计的关键因素。本项目以翼型及水泵水轮机作为研究对象，针对翼型和叶片前缘的初生空化问题，以理论分析、数值计算和模型试验为基本手段，揭示翼型及叶片前缘的初生空化特征，探讨前缘厚度变化规律对初生空化特性的影响，并将研究成果应用于水泵水轮机中，建立推迟水泵水轮机初生空化、降低初生空化系数的叶片前缘厚度设计准则。为高性能的水泵水轮机水力设计提供理论支撑。

空化是水力机械中一种常见的现象，它将引起振动、噪声、水力机械性能下降、材料破坏等一系列问题。如何降低或避免空化，是水力机械设计中的一个重点。判断空化的发生，也是一个热点问题。初生空化目前已经替代临界空化成为判断水泵水轮机是否空化的标准，初生空化问题成为影响水泵水轮机机组选型和叶片水力设计的关键因素。本项目以翼型及水泵水轮机作为研究对象，针对翼型和叶片前缘的初生空化问题，以理论分析、数值计算和模型试验为基本手段。首先，分析翼型及叶片前缘的压力梯度规律，探究空化发生的根本原因，明确空化可能出现的位置与强度。然后，通过数值模拟和水洞实验，揭示翼型及叶片前缘的初生空化特征，分析在不同来流条件和攻角条件下翼型与叶片的空化特性。然后，探讨前缘厚度变化规律对初生空化特性的影响，通过优化设计得到合适的厚度分布特征，并进行对比分析。最后，将研究成果应用于水泵水轮机中，建立优化水泵水轮机初生空化性能、改善机组抗空化特性的叶片前缘厚度设计准则，设计出性能更好、更为全面的水泵水轮机水力模型。本项目为高性能的水泵水轮机水力设计提供理论支撑。