由于水轮机模型试验预测原型机压力脉动不可靠,而水轮机单流道或单个过流部件的CFD模拟计算由于没有考虑各过流部件之间的耦合干涉,其预测结果也存在较大偏差,所以,非常有必要进行全流道的各过流部件耦合计算来预测水轮机的整体特性。 本文以原型水轮机全流道各动静过流部件耦合的流动计算作为计算方案,首先尝试进行了原型机全流道三维定常的计算,预测了水轮机的外特性和各过流部件的内流场特性。预测结果与实际比较吻合,只是在效率上比试验值偏低,猜测为网格粗糙所致。而后采用单流道不同密度网格的计算深入分析了网格密度对计算结果的影响,证实了猜测。并在此基础上拓展开来,对影响水轮机CFD模拟计算精度的多个因素,包括网格类型和密度、湍流模型和数值离散格式,分别进行了深入研究。得出了适合于水轮机流动计算的网格类型、不同工况下适宜采用的网格划分尺度以及适宜的湍流模型。 本文还进行了全流道三维非定常的流动计算,对水轮机部分负荷运行时的压力脉动特性进行了预测。预测结果和试验结果的对比分析证实了原型机全流道的非定常流动计算能够很好地预测水轮机内的压力脉动。并通过脉动幅值的分析,对电站曾经发生转轮叶片裂纹事故的原因给予了合理的解释。