混流式水泵水轮机作为抽水蓄能电站的核心部件,在水轮机工况运行时存在显著的S区,S区形成机理复杂,其流动不稳定性造成机组并网困难。传统的水泵水轮机CFD分析多从速度和压力分布入手,对机组流动损失分布位置缺乏准确描述,且使用压力损失的方法无法计算S区工况的损失。本文采用热力学熵的定义,在数值计算中加入能量方程,考虑机组流道内水体温度的变化,对水泵水轮机水力损失分布的位置使用熵产率进行描述,并将熵产率按照组成项拆分为主流流动熵产率、壁面摩擦熵产率和温差熵产率3项,计算了水泵水轮机在水轮机正常运行区和S区不同工况下的熵产率构成情况,并对比了考虑间隙与不考虑间隙的机组水力特性和稳定性的差异。水泵水轮机在水轮机工况运行时,额定工况下壁面摩擦熵产损失占据整机损失的30%,主流流动熵产损失占据70%,温差造成的熵产损失极小。随着机组偏离最优运行区,壁面摩擦熵产损失和主流流动熵产损失均增加,但主流流动熵产损失的增加幅度远大于壁面摩擦熵产损失,表明偏工况运行时主流流动造成的损失是机组损失最主要的来源。水轮机正常运行区内各个水力部件的熵产损失从大到小依次为:转轮、尾水管、活动导叶、固定导叶、蜗壳,损失主要集中在转轮叶片壁面附近及尾水管涡带周围,随着机组逐渐往偏工况运行,转轮的损失上升幅度最大,其次为活动导叶和尾水管。在S区运行时机组熵产率显著大于正常运行区,大部分熵产率增量来自活动导叶和转轮,两者在阀门关死的零流量工况点导致的熵产损失合计占整机熵产损失的80%-90%。S区熵产率最强的区域在无叶区形成的高速旋转挡水环附近,且挡水环靠近壁面区域的熵产率要高于流道中央部位。S区大开度下熵产率极值出现在零流量工况,而中小开度下熵产率极值出现在飞逸工况,因为随着开度的减小,相同流量下进入转轮水流的周向速度增大,挡水环的形成时间提前。在额定工况点,考虑了转轮的间隙后,机组流量上升0.25%,效率下降0.71%,出力下降0.45%。整机最大熵产率强度出现在转轮间隙的迷宫式密封环附近。不考虑管路系统,仅计算机组内部的压力脉动,由于动静干涉的影响无叶区的压力脉动幅值最大。考虑了转轮间隙之后,转轮流道和无叶区的压力脉动幅值要小于不考虑间隙的情况。