Page 102 - 2024年第55卷第3期

图 １１ 转轮轴面流线

近零流量工况下，整个转轮进口都充满了回流涡，转轮内速度很小，尾水管内的流体从靠近上冠
的位置反向回流进入转轮，形成回流涡，少量流体从靠近下环的位置流出转轮。在反水泵工况，水流
的流动方向与泵工况一致，但是转轮的旋转方向与水轮机工况一致。水流从尾水管进入转轮，然后在
叶片低压边，与逆时针旋转的叶片撞击，导致水流很难进入叶片内部，形成了大尺度的回流涡结构，
少量进入叶片向高压侧流动，在流道内形成了通道涡，在转轮出口形成回流涡，另外少量流体又沿着
下环流向尾水管。
为了定量分析不同工况下的熵产率规律，图 １２为
活动导叶进口到转轮出口熵产率分布，其中横坐标表
示流向位置，纵坐标表示熵产率沿圆周方向的平均值。
设计流量和小流量工况下熵产率分布曲线相同，在活
动导叶内均较小，靠近导叶出口增大后又下降，转轮
内的熵产率大于活动导叶，这是因为导叶内流动顺畅，
而转轮在能量转换过程中，有一定的能量损失；此外
小流量工况熵产率大于其他两个工况。
其它 ４个工况的熵产率分布规律明显不同于上述
２个工况，近飞逸工况下，活动导叶内熵产率从导叶
中部开始快 速 上 升，在 靠近导 叶尾 部处达到最大 值，
－ ３ － １ 图 １２ 活动导叶和转轮熵产率沿流向分布
超过了 ６０００Ｗ·ｍ ·Ｋ 。然后快速下降，在导叶到
－ ３
－ １
－ ３
－ １
叶片的无叶区内，保持在 ３０００Ｗ·ｍ ·Ｋ 到 ４０００Ｗ·ｍ ·Ｋ 之间，进入导叶内部后，逐渐下降。
水轮机制动工况和近零流量工况，熵产率分布于近飞逸工况类似，但是靠近导叶尾部熵产率的最大值
明显较高。从导叶出口到叶片中部，熵产率小于近飞逸工况，并且流量越小，熵产率越小。而在叶片
中部至叶轮出口，熵产率则大于近飞逸工况。反水泵工况从活动导叶进口到靠近导叶尾部，熵产率均
高于其他工况。从导叶出口至叶片中部，近飞逸工况的熵产率最高，随着工况向反水泵工况偏移，熵
产率逐渐减小。而在其他位置，则是反水泵工况的熵产率最高。
图 １３为转轮内流场分布，设计流量工况下流线非常顺畅，流道内没有低速区和不稳定流动的出
现，熵产率较低。近飞逸工况，叶片吸力面出现了大面积的低速区，靠近叶片压力面的部分流体，没
有进入转轮内部，而是沿周向运动，在相邻叶片头部形成绕流，形成挡水环，如图中黄色实线所示，
形成近似带状分布的高熵产区。在水轮机制动工况，部分流道出现了转轮内部的流体，沿着叶片吸力
面向叶片进口运动。近零流量工况下，转轮大部分流道内出现了大量尺度不同的漩涡。反水泵工况，
水流反向流动，流场非常紊乱。

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