【摘 要】
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潮汐能作为一种丰富的清洁可再生能源越来越受到重视,双向贯流式水轮机是潮汐能开发的首选。目前,对双向贯流式水轮机的研究大多集中在转轮上,而对活动导叶的研究则相对较少,对导叶转轴倾角的相关研究更是十分匮乏。导叶转轴倾角是导叶中心轴线和水轮机主轴中心线的夹角。本文采用数值模拟的方法,对导叶转轴倾角对潮汐双向贯流式水轮机性能影响进行了研究,对比分析了不同导叶转轴倾角下水轮机正、反向的能量性能、内部流场结构
【基金项目】
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国家重点研发计划（2018YFB1501900）； 国家自然科学基金（52079108、51909212、52009105）；
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潮汐能作为一种丰富的清洁可再生能源越来越受到重视,双向贯流式水轮机是潮汐能开发的首选。目前,对双向贯流式水轮机的研究大多集中在转轮上,而对活动导叶的研究则相对较少,对导叶转轴倾角的相关研究更是十分匮乏。导叶转轴倾角是导叶中心轴线和水轮机主轴中心线的夹角。本文采用数值模拟的方法,对导叶转轴倾角对潮汐双向贯流式水轮机性能影响进行了研究,对比分析了不同导叶转轴倾角下水轮机正、反向的能量性能、内部流场结构以及压力脉动特性等,主要研究内容及结果如下:（1）在最优工况和小流量工况（0.8Q110）下对不同导叶转轴倾角下的贯流式水轮机进行正向和反向工况的数值模拟,获得了贯流式水轮机外特性参数变化规律以及内流场特性的分布。由外特性参数可知随导叶转轴倾角的增大正反向最优工况下的水轮机效率均呈现先增大后减小的变化规律。重点分析了内流场特性的变化,主要包括转轮叶片表面压力、轴向力、径向力和进出口轴面速度等。此外还分析了正向工况尾水管和反向工况进水流道流线和涡结构分布。（2）为了更好地衡量导叶转轴倾角对各个过流部件水力损失的影响,采用熵产理论对不同工况下各过流部件熵产的位置、大小和类型进行了详细的分析。通过对比熵产损失和传统的水力损失发现二者的吻合程度较好,整体的变化趋势保持一致。计算结果表明,导叶转轴倾角对正向工况尾水管和反向工况进水流道的熵产影响最大,导叶转轴倾角为85°时全流道能量损失最小。随导叶转轴倾角的增大,正向工况转轮叶片背面和尾水管各横截面局部熵产率均逐渐减小,反向工况下进水流道各截面局部熵产率也逐渐减小。（3）为了探索导叶转轴倾角对流场内部压力脉动的影响,在各个过流部件中设置压力监测点,得到不同导叶转轴倾角下各过流部件的压力脉动情况。由计算结果可知,反向工况和正向小流量工况（0.8Q110）下流道内各监测点压力均为低频压力脉动。正向最优工况下,导叶转轴倾角为65°时易现较多复杂的低频压力脉动。85°时不同工况下各过流部件的压力脉动幅值普遍较低。
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