我国水电资源丰富,装机量全球第一,许多流域泥沙含量较高,运行中的水轮机无可避免遭受泥沙磨损,磨损后的水轮机在运行中出现机组振动、检修周期缩短及效率降低等问题,设计阶段针对这些问题采取了一系列措施,但效果不明显。与混流式水轮机相比,灯泡贯流机组该问题的研究成果更少,为此从理论上分析在含沙水下运行的灯泡贯流式水轮机性能和泥沙磨损的影响具有实际意义和应用价值。本文选取典型的多泥沙黄河干流上的灯泡贯流式水轮机为研究对象,选取丰水期低水头电站额定工况,首先对全流道进行清水工况下的非定常数值模拟计算,计算结果作为分析固液两相流的对比基准,然后对全流道做固液两相流非定常数值模拟计算,以期得到泥沙颗粒直径及其入口体积分数与过流部件磨损程度的关系,分析泥沙颗粒在全流道中的流动规律,以及水轮机运行性能的变化。针对上述问题,本文做了如下研究工作:(1)根据该水电站的原型机二维图纸,借助三维建模软件分前流道、导叶、转轮、尾水管四个部分建立灯泡贯流式机组全流道模型,在ICEM CFD中将全流道进行结构及非结构网格划分。(2)在ANSYS CFX中选择非均相模型和Particle模型对全流道做固液两相流非定常数值模拟计算。从泥沙颗粒不同直径和不同入口体积分数这两个方面,共计9个工况进行计算,得到了水轮机的内流场特性变化规律,对灯泡体、活动导叶、转轮及尾水管表面进行了泥沙磨损分析及泥沙颗粒流动分析,当泥沙颗粒体积分数Cv为3.5%,直径d由0.15mm增加到0.75mm时,模拟结果发现泥沙颗粒直径越大,灯泡体底部泥沙量越多;活动导叶进口边、浆叶进口边及外缘和尾水管底部磨损严重。当泥沙颗粒直径为0.75mm,体积分数由1.5%增加到5.5%时,灯泡体磨损最严重之处先是底部而后转移到出口处;在5.5%时活动导叶进口边磨损严重,在3.5%时导叶内外环面局部磨损程度高;浆叶进口边和外缘磨损程度逐渐增加;在3.5%时尾水管底部泥沙淤积量大,而在5.5%时进口附进区域有泥沙周向分布。(3)清水工况和沙水工况对比发现,由于泥沙颗粒的存在降低了水轮机的效率,泥沙颗粒直径由0.15mm增加到0.45mm时的效率下降幅度大于0.45mm增加到0.75mm时,而泥沙颗粒入口体积分数的改变对效率降低幅度的影响则相反,1.5%增大到3.5%时的效率降低幅度小于3.5%增大到5.5%时。(4)对灯泡贯流式水轮机在沙水工况下做了效率试验和压力脉动试验,效率试验结果是水轮机效率随着泥沙颗粒直径和浓度的增大而降低,且颗粒浓度的变化带来的效率变化和压力脉动更为剧烈,与数值模拟分析的结果变化规律吻合。