Page 20 - 水利学报2025年第56卷第4期
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叶片进口偏转角的改变对下环有明显的不利影响。随着偏转程度由 ０增加到 １，下环整体磨损逐
步增强，磨损区域和幅值均增大（图 ８）。随着偏转程度由 ０降低到－ １ ，下环整体磨损出现先增加后减
小的变化，特别是在－ ０．４的时候，下环靠近出口的位置磨损强度显著增加（图 ９）。由图 ６—９可知，
偏转角度增加有利于改善叶片磨损，但是同时会加重下环磨损。在局部磨损强度上，采用了不同偏转
角度下叶片和下环的相对最大磨损率 ［１３，１８］ 进行对比。由图 １０可知虽然负角度可以明显减小叶片磨损
区域和幅值，但是下环的最大磨损率增加较多。
图 ８ 下环磨损分布（ θ ０ ≥０）
图 ９ 下环磨损分布（ θ ０ ≤０）
为了分析磨损变化的原因，提取了叶道涡及颗 粒
运动轨迹（图 １１）。叶道涡分三个阶段对颗粒产生影响，
包括吸引颗粒、改变颗粒轨迹及最终携带颗粒打击叶
片出口位置，这与已有文献［ ８］结果一致。选取进口偏
转角为 ０．４和 － ０．４的方案与原型方案中叶道涡结果对
比，如图 １２所示。原型中，流线自上冠到下环成螺旋
状；但在正角度下，流线自下环到上冠成 螺 旋状；在
负角度下，尽管流线 仍然 由上冠 到下 环，但是没有 成
螺旋状，而是集中在上冠附近成涡 （图 １２（ａ）），可见
两种情况都明显对旋涡产生了影响。由于旋涡的改变， 图 １０ 不同进口偏转角的相对最大磨损率分布
颗粒轨迹也产生了明显改变。图 １２（ｂ）表明当进口偏转角度为０．４，颗粒还存在从下环到上冠的绕涡运
动，而当进口偏转角度为－ ０．４时，位于上冠的颗粒并不会像原型一样在靠近进口的地方沿着螺旋轨迹
到下环，而是在运动过程中逐渐偏离进口，最终打击下环（图 １２（ｃ））。颗粒轨迹的变化改变了打击叶
片和下环的位置和强度，从而影响了叶片和下环的磨损。
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