贯流式水轮机是开发海洋潮汐能重要的水力机械设备。随着我国对清洁可再生能源开发的重视,人们越来越关注贯流式水轮机的性能优化,使其能在更广的工况下高效运行。在贯流式水轮机中,叶顶的间隙泄漏流一直是影响转轮内部流态的重要因素,其形成的间隙泄漏涡会在叶片吸力面引发流动不稳定性,由此所产生的空化也会导致叶片的磨损与振动。因此研究叶顶间隙泄漏流对贯流式水轮机内部流场及其性能的影响至关重要。本文通过数值模拟的方法,研究了间隙泄漏流与间隙泄漏涡的诸多流动特性以及对贯流式水轮机内部流动的影响,相关工作内容如下:(1)在贯流式水轮机中,受到导水机构尾流和叶片转动的影响,叶顶的间隙泄漏流与泄漏涡复杂多变,为了提高数值模拟的精度,本文采用基于旋转与曲率修正的SST-CC(SSTk-ω model with Curvature Correction modeling)湍流模型,首先对单个翼型的间隙泄漏流场进行数值模拟,验证了湍流模型的准确性。同时发现,攻角的增大会对间隙泄漏涡与分离涡的产生位置、形态、间隙泄漏量、叶顶附近载荷和翼型升阻力等参数产生影响。针对大攻角下间隙泄漏流场的特殊情况,本文详细分析了 12°大攻角下不同间隙对间隙泄漏流场在下的影响规律,发现在12°攻角下,随着间隙的减小涡核的轴向速度与涡量大小下降更为明显。此外,在小间隙下,间隙附近的流场沿着流动方向表现出强烈的不稳定性。(2)通过对翼型间隙泄漏涡展开数值模拟研究,不仅验证了基于旋转与曲率修正的涡粘模型的准确性,同时,得到的相关结论可进一步为贯流式水轮机叶顶间隙泄漏流的研究提供参考。在贯流式水轮机叶顶间隙泄漏涡的研究中,固定叶片安放角,分析不同导叶开度对间隙泄漏流场的影响规律。随着导叶开度的增大,转轮进口水流角不断减小,间隙泄漏涡的发生位置从叶片的头部向叶顶的中间位置移动,同时吸力面低压区受泄漏涡影响的位置也向后移动。对比了 0.5 mm和2 mm两种叶顶间隙条件下的间隙泄漏涡、间隙分离涡与叶顶附近载荷,其结果与翼型的分析结果类似,即间隙的增大使间隙泄漏涡更加贴近于吸力面。此外,间隙泄漏涡影响区域的压力脉动幅值会有所增大,转轮壁面的压力脉动主频幅值沿轴向呈先增大后减小的变化趋势;转轮内的能量损失主要集中在间隙泄漏涡附近,且越接近涡核损失强度就越大。(3)分析了最优工况与偏工况两种工况下叶顶间隙泄漏流对尾水管进口截面压力、速度分布以及涡带等内部流态的影响。偏工况下的压力脉动幅值均比最优工况时大,尾水管涡带形状沿轴向由柱状变成螺旋形,同时也使尾水管轴线附近的压力脉动的主频从3倍轴频降至小于1倍轴频。此外,在间隙泄漏流的影响下,尾水管进口近壁面处的压力脉动幅值明显增加,而尾水管近壁面处的压力脉动幅值从进口沿轴向呈逐渐减弱的趋势。