中高比转速混流式水轮机在偏离设计工况下运行的时候,会产生叶道涡、尾水管涡带等典型的不稳定现象,这是引发水轮机转轮叶片裂纹和振动的主要原因。因此,本文针对某高比转速混流式水轮机的两个小流量的偏离工况,进行了三维定常和非定常计算,分析了这两种工况下水轮机内部流动的不稳定现象,在流场计算的基础上进一步对水轮机转轮进行了静应力分析和瞬态动应力分析。本文的具体结论如下:　　首先,对混流式水轮机进行CFD计算,分析水轮机内部流场。分析发现,在流量较小的工况一,转轮中各个叶道间出现了严重的叶道涡,而叶道涡主要起源于叶片进口靠近上冠的位置;随着导叶开度增大流量增大到工况二,转轮中流态有所改善,但是在叶片背面中部靠近下环处和叶片出水边依然存在涡流。　　在此基础上,进行非定常计算和分析。两种工况下引水部件中均出现了低频压力脉动。转轮中,工况一下在叶片头部位置,出现了高频压力脉动,这是由于活动导叶与转轮的动静干涉作用产生的。此外转轮内其他监控点的频率均为接近转频的频率,主要是叶道涡所引起的,这是引起机组振动的一个主要原因。工况二下叶道涡减弱,其对转轮的影响也减小,转轮中除了转频和高频以外还出现了低频压力脉动。两种工况下尾水管均出现了低频的压力脉动,尾水管进口段出现了与叶倍频一致的频率,这是受转轮区域的影响。综上可以得到结论,水轮机中出现的局部压力脉动会在整个机组中传播。　　最后,对转轮进行静应力分析和瞬态的动应力分析。通过对转轮的静应力分析,可知两种工况下转轮叶片的应力集中的位置都在叶片出口边与上冠的连接处以及叶片进口与上冠的连接处,流量较小的工况,在叶道涡严重影响下,会导致转轮的最大等效应力增大。通过瞬态动应力分析,可以看到两种工况下基本一致,一个旋转周期内转轮上的动应力幅值最大的位置均为叶片出口与上冠的连接处,其最大幅值也较大。由此可见,动应力是对转轮叶片造成破坏的主要原因。