外特性分析：通过CFD数值计算

通过CFD数值计算，分别得到不同叶片数下液力透平的效率、压头和功率曲线，如图10⁃29所示。

从图10⁃29中可以看出，随着叶片的逐渐增加，液力透平的最高效率点向小流量工况偏移，最高效率点的流量分别为：30m³/h、27.5m³/h、22.5m³/h、22.5m³/h、20m³/h，其效率值分别为：65.32%、71.77%、72.23%、72.41%、72.52%；无论液力透平叶轮叶片数是多还是少，其效率曲线的变化特点均呈现当流量从最高效率点向小流量变化时效率迅速下降，而从最高效率点向大流量变化时效率下降相对缓慢；与叶片数相关的是随着叶片数的增加，流量从最高

图10⁃29 不同叶片数时液力透平的外特性曲线(www.xing528.com)

效率点向小流量变化时效率下降的梯度增大，而从最高效率点向大流量变化时效率呈现先增大后减小的变化趋势。不同叶片数下，液力透平的压头、功率均随着流量的增大呈现逐渐上升的趋势；压头在小流量区域随着叶片数的增加变化不是很大，而在大流量区域，随着叶片数增加呈现出先减小后增大的趋势，即H₄＞H₅＜H₆＜H₇＜H₈；功率在小流量区域，随着叶片数的增加而逐渐增大，即P₄＜P₅＜P₆＜P₇＜P₈，在大流量区域随着叶片数的增加而呈现出先减小后增大的趋势，即P₄＞P₅＞P₆＜P₇＜P₈。

液力透平的外特性随叶片数增加产生变化的原因是：液力透平叶轮叶片数的增多和离心泵一样，均可增强叶轮的做功能力，有利于效率的提升。但随着叶片数逐渐增加，叶轮流道内会出现较为严重的叶片排挤现象，导致流道内的流体速度增大，同时，叶片数的增加，使得流体与叶片接触的总表面积增加，这样流体与叶片表间的摩擦损失会增大，从而增大了水力损失；反之，当叶片数较少时，流体受叶片的束缚不够，叶轮内流体由惯性引起的速度滑移会相对比较大[69]，流体在叶轮中的流动势必较为紊乱，同时会在局部出现不同强度的漩涡区域，从而造成一定的水力损失。下面对不同叶片数时液力透平在某一大流量工况（40m³/h）下的效率变化特点加以详细分析，其他工况下的分析原理与之类似。

在大流量工况下，叶片从4片增加到5片时，效率增大，效率与叶片数呈正相关；叶片由5片增加到8片时，效率逐渐下降，效率与叶片数呈负相关。这说明，液力透平叶片由4片增加到5片，尽管与流体接触的叶片表面净增2个，表面摩擦损失增大，但叶轮内的流动状况得到改善，如叶轮内二次流强度大幅减弱[70]，二次流引起的水力损失减少较多，所以总的来说降低了叶轮中的水力损失；在叶片由5片逐渐增加到8片的过程中，每增加1个叶片，与流体接触的表面净增2个，叶轮中的摩擦损失会增大，但由于叶片数增加引起的二次流损失的减少量小于增加的摩擦损失，所以总的水力损失上升，水力效率下降。