Page 78 - 2023年第54卷第3期

图 ６为机组不同类型熵产损失占比，包括直接熵产、湍流熵产和壁面熵产，在三种不同类型的能量
损失中，湍流熵产占据主导，壁面熵产是水力损失的重要组成部分，而直接熵产较小，可以忽略不计。

图 ６ 机组不同类型熵产损失占比
图 ７为机组不同类型熵产损失比较，随着水泵水轮机进入反 Ｓ区，１２°开度下湍流熵产率先增大后
减小再增大，３５°开度下湍流熵产率单调增大，并且大开度时反 Ｓ区的湍流熵产率更大，这是由于大
开度导致更大的流量和流速，实际表现为更显著的不稳定流引发了更剧烈的湍流能量损失。

图 ７ 机组不同类型熵产损失比较

４．３ 熵产损失与流动空间分布的相关性 在导叶和转轮区，通过顺翼展方向展开得到二维平面，ｓｐａｎ
是指流动平面沿垂直主流方向的无量纲跨度值，ｓｐａｎ ＝ ０为转轮下环与流体的接触面，ｓｐａｎ ＝ １为上冠
与流体的接触面，图 ８为导叶和转轮区 ｓｐａｎ ＝ ０．５ 截面示意图，图 ９和图 １０分别为 ｓｐａｎ ＝ ０．５截面导叶
开度 １２°和 ３５°的熵产损失分布与流动特性，包括湍动能分布图、湍流熵产分布图、压力分布图和流线
图。从图 ９（ａ）（ｂ）可以看出，湍流熵产分布与湍动能分布基本吻合，在转轮和导叶区域内湍流熵产分
布与高流速且存在速度梯度的区域对应。
活动导叶开度 １２°时，水轮机工况（０．５５Ｑ ），高熵产率区域主要分布在导叶和转轮交界处的无叶
ｅ
区以及叶片头部压力面区域。制动工况（ ０．１Ｑ），高熵产率区域主要分布在活动导叶出口、转轮叶片
ｅ
头部压力面以及转轮叶片尾部吸力面区域，这是由于制动工况力矩 Ｍ＜０，叶片吸力面对水流做功，形
成大尺度旋涡阻塞流道。由于导叶开度较小水流流动受阻，活动导叶出口处湍流熵产损失较大。反水
泵工况（ － ０．１Ｑ），高熵产率区域主要分布在活动导叶叶间，转轮叶片头部、转轮叶片尾部吸力面以及
ｅ
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