Page 44 - 2023年第54卷第7期

图 １０ 转轮不同展向高度能量损失分布

基于能量平衡方程的过流部件水力损失分析表明，转轮内湍动能生成项和雷诺应力做功项在总的
能量传输和耗散中占据很大的比例，表明不稳定飞逸过程中的能量输运和耗散主要由湍流主导。流道
中的水流通过雷诺应力和黏性力的作用，使得平均流动向湍流输送能量，并经过低压区的分离流与流
道内主流相互作用，使得水轮机水头对应的所有能量被耗散。此外，转轮内能量耗散位置与转轮内的
涡漩位置对应，表明转轮内的流动分离诱导的复杂涡漩结构是引起能量耗散的主要根源。

５ 结论

本文对混流式模型水轮机的飞逸过渡过程开展瞬态研究，得到了与试验测试结果相吻合的飞逸转
速及流量，并开展水轮机内不稳定流动与能量耗散研究。在飞逸过渡过程中，水轮机的转速持续增加
直至达到扭矩为零时的飞逸转速，为初始工况的 １４９．０２％，流量逐渐减小，最终为初始值的 ８３．８６％。且
当瞬时转速高于初始时刻转轮旋转速度的 １．３倍时，水轮机外特性参数波动更加明显。主要结论如下：
（１）飞逸过程中，转轮进口处水流在大冲角作用下形成较强的流动分离现象，诱发转轮叶片通道
产生两种不同的涡漩结构。一种为靠近转轮压力面进口，呈柱状均匀分布且强度相对较低的涡漩结
构，沿叶片展向由转轮上冠延伸至叶片中部，另一种涡漩结构强度较高，由上冠进口边后叶道间延伸
至下环，呈非均匀柱状分布。随转速的升高，转轮流道内涡漩结构逐渐增多，堵塞转轮流道，严重降
低水轮机的水力性能。
（ ２）无叶区及转轮内在动静干涉作用下诱发了幅值较高的压力脉动。此外，转轮与活动导叶间无
叶区、叶片表面及尾水管内均捕捉到具有低频、宽频特征的高振幅压力脉动，频率范围在 ０．５倍叶频
以下，该低频脉动压力场的能量在转轮内最高，在无叶区和尾水管内较低，表明其压力场的能量在向
上下游传播的过程中逐渐耗散。
（ ３）基于能量平衡方程的过流部件水力损失分析表明，各过流部件能量耗散主要发生在转速上升

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