冲击式水轮机内部流动与泥沙磨损特性研究进展

作     者：范文睿 孙龙刚 郭鹏程 李琛玺 孙红 Fan Wenrui;Sun Longgang;Guo Pengcheng;Li Chenxi;Sun Hong

作者机构：西安理工大学水利水电学院西安710048 西安理工大学省部共建西北旱区生态水利国家重点实验室西安710048 

出 版 物：《水动力学研究与进展（A辑）》 (Chinese Journal of Hydrodynamics)

年 卷 期：2023年第38卷第5期

页      面：774-793页

学科分类：080703[工学-动力机械及工程] 080704[工学-流体机械及工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

基　　金：国家自然科学基金(51839010,52109109) 中国博士后科学基金(2021M702641) 陕西省教育厅青年创新团队科研计划项目(22JP057) 陕西高校青年创新团队(2020-29) 

主　　题：冲击式水轮机 喷射机构 斗叶 内部流动 泥沙磨损 空化 

摘      要：冲击式水轮机是开发利用高水头段水能资源的主力机型,能够在宽运行区间内实现高效率且低振幅的稳定运行,但其过流部件在结构上不连续、内部流动尺度多变以及流动特性具有强烈的瞬态特征等方面均给试验研究和数值模拟带来了不小的挑战,严重制约了冲击式水轮机性能预测及结构优化设计相关研究。该文针对近三十年来冲击式水轮机内部流动与泥沙磨损特性的研究工作展开综述,系统归纳并介绍了流动过程中存在的不稳定现象与其形成机理,阐明了冲击式水轮机内部不良流动与泥沙侵蚀破坏对机组效率和过流部件寿命的影响,总结了改善不良流动和减少泥沙磨损的相关经验以及技术措施,讨论了磨损与空化耦合作用的研究难点,指出更高精度的湍流模型选择、多尺度侵蚀模型的优化改进以及空化与磨损耦合的多相流模拟等方向是未来研究的关键难点,为冲击式水轮机的进一步优化设计以及机组高效可靠运行的实现提供理论基础与技术支持。