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第1章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 流动稳定性概述 3

1.3 水轮机运行的不稳定性因素 5

1.4 水轮机运行稳定性评估 7

1.5 水轮机运行稳定性现状 8

1.6 水力稳定性研究方法 10

1.6.1 实验研究 10

1.6.2 数值仿真研究 11

第2章 水轮机运行实验研究方法 13

2.1 引言 13

2.2 模型转轮水力测试实验 13

2.2.1 模型实验概述 13

2.2.2 混流式水轮机能量特性测试 14

2.2.3 水轮机压力脉动的模型实验 18

2.3 水轮机内部流场PIV测试 18

2.3.1 PIV简介 19

2.3.2 PIV测试实验台流动回路 21

2.3.3 PIV测试控制系统 23

2.3.4 适用于PIV测试的局部透明水轮机模型 24

2.3.5 PIV测试系统组成 26

2.3.6 PIV实验台水力性能测试 29

2.3.7 导叶流域PIV测试结果分析 30

2.4 水轮机内部流场高速摄像测试 33

2.4.1 流态观测成像系统 34

2.4.2 尾水管涡带观测 34

2.4.3 叶道涡与脱流空化现象 37

第3章 水轮机内流场数值研究方法 42

3.1 CFD概述 42

3.1.1 CFD发展 43

3.1.2 CFD应用 44

3.2 CFD数值计算方法 45

3.2.1 流动控制方程 45

3.2.2 湍流模型 46

3.2.3 壁面函数和近壁面模型 49

3.2.4 空化模型 50

3.3 针对水轮机内部流动湍流模型的改进 53

3.3.1 基于重整化群的非线性PANS湍流模型及验证 54

3.3.2 考虑强旋转和大曲率流动的各向异性k—ε模型修正及验证 79

3.3.3 考虑水体弹性的三维非定常湍流的建模 83

3.3.4 改进的RNG k—ω和DES模型 85

3.3.5 基于LES和RANS的自适应尺度模拟（SAS） 87

3.4 水轮机内部流场的LES 87

3.4.1 计算模型及LES 88

3.4.2 计算网格及边界条件 90

3.4.3 LES计算结果 91

第4章 水泵水轮机水轮机工况的水力稳定性 98

4.1 水泵水轮机水力不稳定性问题的根源 98

4.2 水泵水轮机“S”特性研究现状 100

4.3 水泵水轮机“S”区特性数值计算概述 101

4.3.1 物理模型 102

4.3.2 数值计算模型 103

4.3.3 数值计算初步结果 106

4.4 基于SST模型的水泵水轮机全流道计算 110

4.4.1 蜗壳与双列叶栅流场分析 110

4.4.2 转轮流场分析 121

4.4.3 尾水管段流场分析 129

4.5 基于水体弹性模型的飞逸过程“S”区不稳定性 130

4.5.1 外特性的分析 131

4.5.2 内部流场的分析 132

4.6 基于PANS模型的MGV水泵水轮机“S”区模拟 137

4.6.1 MGV对“S”特性的影响 138

4.6.2 MGV对内流场的影响 139

4.6.3 不同预开启开度下的“S”特性 141

4.6.4 空载开度飞逸点压力脉动 141

4.7 水泵水轮机水力稳定性研究趋势 144

第5章 水轮机水力稳定性分析方法 145

5.1 时频分析方法 145

5.2 小波分析方法 146

5.3 混沌动力学分析方法 147

5.3.1 混沌动力学在水力机械中的应用 147

5.3.2 提升小波法去噪 148

5.3.3 混沌动力学分析内容 149

5.3.4 相轨迹分析 150

5.3.5 Poincaré映射图分析 151

5.3.6 Lyapunov指数分析 152

5.4 湍流场湍动能分析 153

5.5 脉动信号联合分析 156

5.6 熵产理论分析 158

第6章 提高水轮机运行稳定性 161

6.1 稳定运行的意义 161

6.2 提高运行稳定性措施 161

6.3 展望 163