Page 107 - 水利学报2021年第52卷第6期

如下：
V
A
P ( ) = P × 100% （1）
V
total
式中：P（A）为鱼类遭受转轮内压强损伤的概率；V 为转轮内相对压强小于-15 kPa 的区域体积，m ；
3
p
V 为转轮内部过流通道区域的总体积，m 。
3
total
以贯流式水轮机三维过流通道的数值模拟结果为基础，根据文献［21］所提到的水轮机内部压强
梯度的计算方法进行分析计算，其计算方程式如下所示：
V
B
P ( ) = pg × 100% （2）
V
tatal
式中：P（B）为鱼类遭受高压强梯度而受伤的概率；V 为贯流式水轮机转轮内压强梯度大于 3 kPa/s 的
pg
区域体积，m ；V 为贯流式水轮机转轮过流区域的总体积，m 。
3
3
total
5 数值模拟结果及分析
本文选取了 5 种不同导叶开度下贯流式水轮机在最小水头 H 、设计水头 H 、最大水头 H 3 种
min r max
水头进行数值模拟，图 5 给出了不同水头下效率随开度变化的曲线。在计算的工况中，开度较大时，
效率增长减缓，在 3 m 水头，导叶最大开度为 90 mm 时，水轮机效率最高达到 90.30%。
5.1 贯流式水轮机中鱼类遭受压强损伤概率分析 通过数值模拟计算了贯流式水轮机在最小水头
H 、设计水头 H 、最大水头 H 3 种水头下，不同导叶开度下转轮内相对压强小于-15 kPa 的区域体
min r max
积，且已知该贯流式水轮机转轮内部过流通道区域的总体积 V =1.958 13 m 。根据式（1）计算得到该
3
total
贯流式水轮机在各流量工况下运行时鱼类遭受转轮内压强损伤的概率 P（A）。图 6、图 7、图 8 为同一
叶片安放角时，不同水头时不同导叶开度下相对压强小于-15 kPa 的区域。

（a）导叶开度 50mm （b）导叶开度 60mm （c）导叶开度 70mm （d）导叶开度 80mm （e）导叶开度 90mm
图 6 H min=3m：转轮处压强低于-15kPa 区域

（a）导叶开度 50mm （b）导叶开度 60mm （c）导叶开度 70mm （d）导叶开度 80mm （e）导叶开度 90mm
图 7 H r=4m：转轮处压强低于-15kPa 区域

（a）导叶开度 50mm （b）导叶开度 60mm （c）导叶开度 70mm （d）导叶开度 80mm （e）导叶开度 90mm
图 8 H max=5m：转轮处压强低于-15kPa 区域
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