Page 105 - 2024年第55卷第3期

锥段，截面 ４位于弯肘段。设计流量工况下，设计流量流线较为顺畅，没有出现涡结构，除了泄水锥
下方，均未发现高熵产区。小流量工况下，转轮出口流体切向速度增加，导致直锥段的流体周向运动
趋势增加，形成了尺度不一的涡结构，在靠近转轮与尾水管交界面位置熵产率增大，但是并没有向下
游延伸。而在近飞逸工况，涡结构尺度增大，数量增多，在靠近尾水管壁面，出现了明显的高熵产
区，在截面 １、２、３上熵产率周向分布不均，但整体上呈现圆环形分布，向下游传播过程中，熵产率
逐渐降低。在水轮机制动和近零流量工况，熵产率增大，截面 １上高熵产率区沿周向分布的范围逐渐
增大。反水泵工况，延伸段出现了 ４个大尺度漩涡，几乎占据了整个通道，另外在弯肘段靠近内壁也
出现了漩涡，而在直锥段，水流在中心向转轮流动，而在靠近壁面，尾水管与转轮交界面附近大量的
回流涡，导致尾水管靠近壁面位置的熵产率和高熵产率区面积增加，截面 １上高熵产率区沿周向分布
呈现同心圆环分布，但是肘管位置的熵产率有减小趋势。

５ 结论

本文采用数值模拟和试验相结合的方法分析了模型水泵水轮机的 Ｓ特性，并详细分析了 Ｓ特性区
不同工况下的能量损失规律，明确了熵产率分布与内部流动结构的关系，主要结论如下：
（１）近飞逸工况点总熵产最大，约为设计工况的 ５．１倍，各工况脉动熵产占据的比例接近 ８０％。
设计流量下，转轮熵产占比接近 ７０％，随着流量的减小，转轮熵产占比逐渐降低，活动导叶和尾水管
的熵产占比增加，反水泵工况，接近总熵产的一半是在活动导叶内形成的。
（ ２）近飞逸、水轮机制动和近零流量工况双列叶栅内活动导叶出口无叶区出现了周向分布的高熵
产区，并且沿活动导叶吸力面向上游传播，靠近尾水管壁面，也出现了明显的高熵产区，在横截面上
呈现圆环形分布。在反水泵工况，活动导叶吸力面的熵产率增大，并且向固定导叶传播，转轮内熵产
率减小，但是在叶片出口出现了高熵产区，尾水管内熵产率和高熵产率区面积增加。
（ ３）Ｓ特性区内水轮机工况，转轮进口靠近下环位置首先出现 了明 显的 漩涡，然 后 漩涡逐渐向
上冠转移，并且切向速度增大，在转轮进口形成挡水环，阻碍水流进入转轮，在转轮出口也形成了
回流涡，各个流道内的流量逐渐出现分布不均的现象；在反水泵工况，水流在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，部分流体又沿着下环流向
尾水管。

参 考 文 献：

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