清华大学学报(自然科学版)

作者：郭涛, 甘文港, 汪海洋, 刘思远

单位：1. 昆明理工大学 建筑工程学院, 昆明 650500,2. 浙江大学 海洋学院, 舟山 316021

关键词：冲击式水轮机,水力损失,熵产,流动分离现象,二次流

基金：国家自然科学基金地区科学基金项目(52369017)

配水环作为冲击式水轮机的给水机构, 主要起着调节流量、诱导分流的作用, 其特殊的结合结构使流体在管内流动时会产生流动分离、Dean涡等不良现象, 从而诱发水力损失。针对这一问题, 该文研究了配水环管流道内部流动的水力损失特性, 采用SST k-ω湍流模型, 基于熵产理论, 得到了不同入口速度下流场的熵产分布, 重点分析了主流道和分岔口2内产生水力损失的原因。结果表明, 在整个配水环中, 管内总熵产随着入口速度增加而增加, 从210.999 W/K增加至4 614.980 W/K; 而流体流经弯折处所产生的内外侧流动分离, 在高速流动下更加明显。流场损失以脉动熵产占优, 占比超过50%;水力损失主要发生在环管主流区及分岔口2处, 约占总损失90%, 而分岔口1、3位置损失较小; 在分岔口2处, 高速流体分流后向外侧挤压导致内侧形成低压而产生涡流, 从而诱发了较为显著的水力损失; 在弯管位置, 因流动惯性而产生的流动分离是造成水力损失的主要原因。这些不良流动现象会在环管内外侧形成较大的压力梯度, 使得流场出现较大幅度的压力脉动, 进而影响流动稳定性。

来源：2025年第5期

《清华大学学报(自然科学版)》期刊编辑部

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