Page 71 - 水利学报2021年第52卷第1期

差范围内。通过对比表 1 两种体型的一维和三维最高/最低涌浪以及周期可知：甩负荷工况下，一维
和三维最高涌浪最大差值为 1.41 m，最低涌浪差值最大为 0.3 m；启动工况下，一维与三维的最高涌
浪和最低涌浪的差值均在 1 m 以内。由于三维计算水面波动的不平稳性，一维与三维的周期差值无明
显规律，但结合图 14 和图 15 可以看出，一维与三维的波动曲线变化趋势和衰减速度吻合程度较高。
因此，一维计算和三维计算的计算方法是可靠的。

（a）T 型截面调压室 （b）π型截面调压室

图 14 甩负荷工况涌浪波动

（a）T 型截面调压室 （b）π型截面调压室
图 15 启动工况的涌浪波动
4.3 三维计算流态分析 阻抗式调压室容易产生立轴旋涡 ［20］ ，贯穿型立轴旋涡将会对机组及输水管
道造成严重影响，破坏水体正常流态，引起空化和振动等。为了研究两种体型调压室的液面波动形
态以及是否会产生立轴旋涡，对其波动水面进行监测，结果如图 16—19 所示。
图 16 和图 17 为甩负荷工况下调压室的液面波动情况。甩负荷开始时（即 t=0 s 时刻），T 型调压室
和π型调压室水面稳定。甩负荷开始后，机组导叶迅速关闭并在 13 s 时全部关闭，机组引用流量减
少，有压隧洞中的水流涌向调压室，调压室大井阻抗孔上方出现鼓包形状，由于 T 型调压室上室较
长，长上室内产生了较大的水面波动，π型调压室两个长上室内水流呈现梯度流动，未出现较大的波
动。甩负荷工况下，仅在甩负荷初始阶段流入调压室流量较大时，调压室液面扰动剧烈，甩负荷结
束后，调压室内平面趋于平稳。
两种体型启动工况下调压室的液面波动如图 18 和图 19 所示，初始时刻，Unit2 机组满负载运
行，π型调压室 Unit2 侧水面较低，Unit1 侧调压室通过下方两个连通孔向另一侧补充水流。Unit1 机组
启动后，Unit1 机组引用流量增加，上游调压室补充隧洞中的水流，调压室液面下降。T 型调压室的
长上室位于两阻抗孔中间位置，Unit1 机组启动初始阶段，长上室的水流来不及补充 Unit1 侧，而此
时流出调压室流量较大，在阻抗孔上方形成了吸气旋涡，吸气旋涡迅速蔓延到升管内（图 18（b））。对
于π型调压室，由于长上室位于阻抗孔中心线上，流出调压室流量较大时，长上室内水流可迅速进行
补充，水面下降较为平稳。
为了进一步分析 T 型调压室吸气旋涡产生的原因，对两种体型调压室的水平截面速度矢量图进行
了对比，如图 20 和图 21 所示，水平截面距离调压室底板 3 m。由图 20 可知，Unit1 机组启动后，T 型
— 67 —