Page 78 - 2021年第52卷第7期

λ ci s -1

（a） 0.8Q 0 （b） 1.0Q 0 （c） 1.2Q 0
图 5 典型工况出水流道涡旋结构分布
相比于 1.0Q 工况，0.8Q 工况下出水流道内涡旋结构尺度更大，旋转强度更高，流态更加的紊乱；
0 0
1.2Q 工况下出水流道内涡旋结构尺度也相对增大，但旋转强度明显下降，特别是弯管段。
0
3.4 出水流道偏流特性 为深入分析出水流道的偏流特性，取叶轮旋转一个周期内的 4 个典型时刻
进行分析，不同工况下不同时刻出水流道隔墩左右侧流量占总流量比值如表 1 所示。结果表明，装置
模型在 1.0Q 工况时出水流道左右两侧存在明显的偏流现象，总流量的 70%从出水流道隔墩左侧流
0
出，30%从隔墩右侧流出。相比于 1.0Q 工况，装置模型在 0.8Q 工况时出水流道左右两侧的偏流程度
0 0
有所下降，总流量的 63%从出水流道隔墩左侧流出，37%从隔墩右侧流出。在 1.2Q 工况时出水流道
0
左右两侧的偏流现象不明显，总流量的 51%从出水流道隔墩左侧流出，49%从隔墩右侧流出。

表 1 出水流道隔墩左右侧流量占比

0.8Q 0 1.0Q 0 1.2Q 0
左侧流量占比 右侧流量占比 左侧流量占比 右侧流量占比 左侧流量占比 右侧流量占比
T 1时刻 62.63% 37.37% 70.16% 29.84% 51.29% 48.71%
T 2时刻 62.68% 37.32% 70.24% 29.76% 51.20% 48.80%
T 3时刻 62.68% 37.32% 70.41% 29.59% 51.12% 48.88%
T 4时刻 62.66% 37.34% 70.33% 29.67% 51.07% 48.93%

为定量描述偏流现象，从弯管段进口开始，沿流向作若干过水断面如图 6 所示。顺水流方向
看，定义各断面左右两侧流量之比为偏流比 f ，偏流比在不同工况不同时刻沿流向的变化曲线如图 7
s
所示。分析可知，不同工况下，弯管段进口处左右两侧流量基本一致。当水流继续向下游流动，
1.0Q 工况下偏流比 f 逐渐增大，直至水流被隔墩分开，偏流比 f 达到 2.33。相比于 1.0Q 工况，0.8Q
0 s s 0 0
工况下偏流比 f 先逐渐增大后略有下降再逐渐增大，最终达 1.70；1.2Q 工况下偏流比 f 先逐渐增大后
s
s
0
逐渐降低，最终偏流比为 1.04，左右流道流量基本一致。另外叶片安放角为+2°和-4°时最优流量工
况下出水流道偏流比沿程分布如图 8 所示，+2°和-4°最优流量工况下偏流比分别为 2.17 和 2.75，偏流
比沿程分布变化规律同-2°一致，说明不同叶片安放角下偏流特性基本一致。
3.5 偏流产生机理 以叶片安放角为-2°，偏流最严重的 1.0Q 工况，分析偏流产生的原因。出水流
0
道偏流是从弯管段进口沿程逐步发展的，弯管段进口断面速度分布如图 9 所示。分析可知，该断面
速度分布不均匀，圆周速度分布相对于轴面速度较大，导致进口断面水流发生偏转。根据式（3）计算

y
z

图 6 过水断面分布示意
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