Page 103 - 2024年第55卷第3期

为了分析转轮进口 流 体 的 流 动 状 态，如 图 １４
所示为转轮 进 口 流 向 速 度 和 切 向 速 度 分 布。设 计
流量工况下，流向速度沿叶高方向分布较为均匀。
小流量工 况，从 中 间 叶 高 到 下 环，流 向 速 度 逐 渐
减小，到 ０．９叶高时，流向速度小于 ０，说明在靠
近下环位置 出 现 了 回 流。近 飞 逸 工 况 和 水 轮 机 制
动工况的曲 线 分 布 一 致，在 靠 近 上 冠 位 置 出 现 了
流向速度 小 于 ０的 情 况，从 上 冠 到 下 环，流 向 速
度上升，在 靠 近 下 环 流 向 速 度 最 大。近 零 流 量 工
况和反水泵 工 况，沿 叶 高 方 向 大 部 分 位 置 的 流 向
速度小 于 ０，大 量 流 体 反 向 流 动，从 叶 轮 流 向 活
动导叶，仅有在 靠 近 下 环 的 小 范 围 内 流 向 速 度 大
于 ０。 图 １３ 转轮中间叶高流线分布

图 １４ 转轮进口流向和切向速度分布

切向速度能够反映水流进入转轮时沿周向的运动状态。设计流量下，切向速度分布表现为从上冠
到下环先增大，然后保持基本不变，至靠近下环处，因为靠近壁面受到边界层的影响，切向速度减小。
小流量工况由于靠近下环切向速度快速增大，水流周向运动趋势增强。近飞逸和水轮机制动工况曲线分
布规律一致，上冠处切向速度最大，诱发了高速挡水环，熵产增加；从上冠到 ０．７倍叶高之间，切向速
度大于 １５ｍ?ｓ。近零流量和反水泵工况曲线分布规律一致，大量水流在转轮进口沿周向运动，整个叶高
范围内，切向速度均较大，水流很难进入转轮，周向运动趋势进一步增强，导致熵产率增大。
漩涡会阻塞流道，降低过流能力，可以通过各
流道的过流量来进行定量分析，图 １５是不同工况
下各个流道阻塞系数分布，阻塞系数 Ｂ 可以通过
Ｃ
下式进行计算：
Ｑ Ｓ
Ｂ ＝ （１０）
Ｃ
Ｑ?ｍ
３
－ １
其中：Ｑ为单个流道内流量，ｍ·ｓ；ｍ为转轮叶片数。
Ｓ
由阻塞系数定义可以发现，阻塞系数越小，则
流道内的阻塞情况越严重，当阻塞系数接近或者大
于 １时，说明该流道过流能力较好，而当阻塞系数小
图 １５ 转轮不同流道阻塞系数分布
于 １时，阻塞系数越小，说明过流能力越差。
可以看出在设计流量工况，阻塞系数接近 １，说明各个流道内的流动近似对称，流动没有受到阻
碍。随着流量减小，各个流道内的流量逐渐出现分布不均的现象，当水泵水轮机进入飞逸工况和水轮

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