1　轴流转桨式水轮机数值计算方法

依据水轮机各过流部件的几何参数，建立水轮机全流道计算域模型，如图1所示，水轮机主要设计参数见表1所示。

表1　水轮机主要设计参数

图1　水轮机全流道计算域模型

将水轮机全流道计算域分为蜗壳段、活动导叶段、转轮段、尾水管段4个部分。计算域的蜗壳段、活动导叶段、尾水管段采用四面体非结构网格划分，在Workbench的Mesh模块中完成，部分复杂区域采用局部网格加密处理。转轮段采用六面体结构化网格，在TurboGrid模块中完成单流道的网格划分。计算域局部网格示意图如图2所示。

图2　计算域局部网格示意图

经过网格无关性检查，最终选用整体水轮机计算域网格节点数约82万个，网格单元数约281万个，各过流部件网格数据见表2。

表2　计算域网格数据

基于CFX软件进行CFD数值模拟计算，进出口边界条件设置：蜗壳进口边界采用总压进口，尾水管出口边界采用静压出口。各段计算域之间的交界面采用GGI网格连接模式，其余固体边壁为无滑移壁面条件。控制方程采用有限体积法在空间离散，对流项和湍流项采用高阶精度，湍流模型选取SST湍流模型。通过SIMPLEC算法实现速度、压力的分离求解[3]。水轮机设计工况主要参数包括：水头H=10.0m，流量Q=6.5m3/s，效率η=91%。其中，转轮叶片数为4，转轮直径D1=1200mm。