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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，进而影响系统的动态特性。而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、进而对其进行有效控制的基础。为此，突破了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，同步测量了液相速度场和两个垂直方向的涡带形态。分析了不同涡带形态的演化过程，进一步通过图像处理得到了螺旋涡带的直径和空间信息，实现了单螺旋涡带的三维重建，得到了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了分析，并将液相速度场与涡带的三维形态进行了空间关联分析。实验研究表明：尾水管内涡带呈现单螺旋-双螺旋-气芯堆叠三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。
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单位哈尔滨大电机研究所; 上海交通大学; 中核核电运行管理有限公司; 哈尔滨电机厂有限责任公司
