涡旋在水力渡轮导流管旋流喷流中的破裂
流体动力学
2026-02-23 v1
摘要
Francis 型水力发电涡轮的旋流流动已知容易形成大型螺旋结构，通常称为涡旋绳。这种涡旋绳可解释为涡旋破裂相关的不稳定模式。本文采用简化的层流条件来观察这一现象。螺旋涡旋绳模式在轴对称基流中发生超临界分岔，属于 Hopf 分岔。当忽略壁面摩擦时，可形成轴中心的大范围回流区，并识别出对应涡轮部分荷载条件下的一系列亚临界解。这些亚临界解的存在促进了滞回环的形成。我们进一步描述了轴中心回流气泡的形成及其因螺旋涡旋绳在其边缘涡旋而被破坏的常规动力学。增加轴向流量以驶入涡轮额定荷载条件，导致稳定解分支发生横向分岔。该分岔在有限雷诺数下发生，补充了此前仅在无粘性极限下报告的旋流喷流横向分岔的证据。
引用
@article{arxiv.2602.18278,
title = {Vortex breakdown in a hydro turbine draft tube swirling jet},
author = {Artur Gesla and Eunok Yim},
journal= {arXiv preprint arXiv:2602.18278},
year = {2026}
}