高水头抽水蓄能电站中的水泵水轮机,其运行水头变幅大,流量(扬程)变幅大,水流流经转轮叶片时流速高,机组运行工况复杂多变,比常规水轮机更易发生空蚀。空化严重时将导致机组运行性能下降,甚至引起噪声增大、振动加剧等不稳定现象,严重威胁机组的安全稳定运行。本文以某抽水蓄能电站水泵水轮机转轮模型为研究对象,应用CFX软件对水泵水轮机转轮在发电、抽水工况在不同水头、流量下进行分析,得到各工况下的叶片正背面的压力分布和空化预测结果,提出对机组运行工况和转轮修复的建议。主要工作包括以下几个部分:首先,对水泵水轮机的各个过流部件进行了几何建模和网格划分,并对网格进行无关性验证。使用CFX软件进行边界条件设定,进行水轮机工况的定常数值模拟,数值计算结果表明:水轮机工况的空化主要发生在转轮叶片吸力面出口边靠近下环处和叶片压力面出口边处以及尾水管内,且发生空化的情况随着导叶开度的增大会越来越严重,随着流量的增加,水轮机的初生空化数逐渐增大,相同条件下越容易发生空化现象,机组抵抗空化侵蚀破坏的能力也就越差。其次,对水泵工况进行定常数值模拟,根据计算结果可得:在水泵工况下,在叶片吸力面,小流量工况时仅在个别叶片进口边出现低压区,随着流量的增加,低压区转移到叶片靠近下环的地方,且流量越大,低压区面积越大;在叶片压力面,小流量时叶片上的压力分布比较均匀,没有出现低压区,随着流量越来越大,在叶片进口边出现低压区,且面积也越来越大,但整体而言,压力面的低压区面积比吸力面的要小一些。另外,随着进口压力的不断降低,在叶片中间出现了脱流与漩涡,这也是使叶片产生空化的原因之一。然后,对水泵水轮机低压侧安放角进行改型计算,发现当低压侧安放角为152°和156°时,泵的临界空化余量相比于原转轮增加,对泵的空化性能并没有得到提高,而当低压侧安放角为158°时,泵的临界空化余量为7.51m,相比于原转轮的7.84m降低了 0.33m,说明当增加低压侧安放角4°时,可以提高泵的空化性能。最后分别对水轮机工况两种不同的出口压力工况进行了非定常的数值模拟计算,空化流场计算结果显示:在空化发展比较充分的情况下,转轮内的空泡体积分数随时间的推移基本不发生改变。非空化区域监测点在一个完整周期内的压力脉动波形几乎完全一致,只是存在压力大小的区别。空化区域转轮出口边和尾水管处监测点受到空化作用的影响,表现出不同的压力脉动特性。而压力频谱特性分析结果表明空化发生时主频表现为低频分量,对脉动幅值有一定影响。