随着混流式水轮机的快速发展,机组出力与转轮尺寸随之增加,这些都使得水轮机效率与稳定性显得愈发重要。而下环间隙与机组之间的不合理匹配,以及转轮叶片的空化空蚀均会对水轮机的效率和运行稳定性产生一定影响,同时也会产生噪音、叶道涡、减少机组使用寿命等现象,所以对水轮机下环间隙的选型与空化性能的研究具有重要意义。本文借助CFX软件,以某混流式水轮机模型机为数值模拟的研究对象,进行了下环间隙的单相流动计算以及加装活动导叶裙边的空化流动计算。研究内容从以下几个方面展开:1.根据模型机基本参数与二维CAD工程图,对混流式水轮机进行全流道计算域的三维几何建模:在三维几何模型的基础上,进行各过流部件结构化网格的划分:根据水轮机效率随网格数的变化曲线进行网格无关性验证,通过对比不同网格数下的效率变化,最终确定全流道数值计算的网格总数为653万。2.对混流式水轮机进行4个流量工况点下的定常数值模拟,分析下环间隙对混流式水轮机能量特性与内部流态的影响。由计算结果可知:水轮机效率随下环间隙尺寸的增加逐渐减小,变化幅度随机组流量的减小逐渐上升。小流量工况点下,间隙对水轮机内部流态的影响主要集中在尾水管处,间隙出流会加剧尾水管水流的不稳定性,且间隙尺寸越大这种不稳定性越明显。最优工况点下,间隙出流对水轮机内部流态的影响主要集中在转轮处,随着间隙尺寸的增加,转轮叶片背面压力分布得到明显改善。大流量工况点下,间隙出流对水轮机内部流态的影响主要集中在转轮和尾水管处,间隙出流会改善转轮背面压力分布、降低尾水管内水流的不稳定性,随着间隙尺寸的增加,这种改善效果会越明显。3.对混流式水轮机进行2个流量工况点下的空化流动计算,分析加装活动导叶裙边对混流式水轮机空化性能的影响。由计算结果可知:加装活动导叶裙边可以提高混流式水轮机的空化性能,但会对水轮机效率产生小幅度影响。不同流量工况点下,各裙边方案对水轮机空化性能的影响趋势是一致的,但对水轮机效率的影响趋势并不一致。所以,在进行活动导叶裙边选型时,需考虑活动导叶裙边对效率和空化性能的综合影响。综上所述:在下环间隙尺寸选型与活动导叶裙边结构设计的过程中,结构的改变会使水轮机效率与内部流场之间存在矛盾关系。所以,在进行优化设计时,不仅需要分析结构变化对水轮机外特性产生的影响,同时也要考虑结构变化对各个过流部件内部流态的影响。只有这样才能得出比较准确的分析结论,其选型方案也才会对水轮机结构优化提供参考依据。