水轮机性能预估及评价方法

在完成水轮机数值计算之后，通过数据后处理，可以进行水轮机一些主要性能的预估。

1.能量性能预估模型

（1）利用环量计算有效水头的能量预测方法。模拟水轮机的流场后，计算水轮机的有效水头和工作水头，可以求出水力效率。

水轮机的有效水头可以用转轮进出口面的环量计算得到

式中 Vu——转轮进出口面绝对速度的周向分量；

U——转轮进出口面的圆周速度；

n——转轮进出口面上的网格节点数。

工作水头可以通过计算蜗壳进口面和尾水管出口面的能量差得到

式中 p——水轮机进出口面的静压值；

Z——网格点的高程；

V——此面上的绝对速度值；

ρ——流体密度；

n——此面上的网格点数；

g——重力加速度。

水轮机水力效率计算式为

（2）利用转轮扭矩预测能量性能。对整个转轮内叶片压力面和吸力面按下式计算可求得压力、黏性力对转轴的力矩Mk，其中τ为不含压力p 的应力张量，即

式中 ez——转轴方向的单位向量；

ΔAi——压力面或吸力面上第i单元的面积；

n——ΔAi 上的单位向量；

r——向径。(www.xing528.com)

水轮机的扬程按质量加权的平均计算

水轮机的水力效率

2.空化性能预估模型

水流通过转轮时，转轮叶栅的翼型剖面上压强是在变化的，在速度最高处，其压强最低，若记压强最低点为K 点，则当K 点压强等于或小于空化压强时，在叶片表面会产生空化。

叶轮上K 点的真空度为

式中 HSK——静态真空；

hVA——动力真空。

水轮机空化特性通常用空化系数σ的大小来评价。σ是水轮机的一个动态参数，是一个无因次量，在物理意义上它表示了水轮机工作轮中的相对动力真空值，即

式中 hVA——水轮机叶片上压强最低处的动力真空值；

HR——工作水头。

根据能量方程可以得出

可以推导得出

式中 ps——尾水管出口处压强；

Vs——尾水管出口处的速度；

Hs——尾水管高程；

pK——K 的压强；

HK——K 点的高程；

HR——工作水头。