郑发平，宋文武，冯凌寒，程 飞

（1. 西昌学院工程技术学院，四川 西昌 615013；2. 西华大学能源与环境学院，成都 610039）

1 引言

我国是一个水力资源相当丰富的国家，水能又是清洁可再生能源，开发水能是实现可持续发展战略的重要条件。但我国水力资源又相差很大，特别是西南地区多山区河流，这些河流的特点就是水头高，流量小，因而，冲击式水轮机有着很大的发展前途，该机型的特点是结构简单、造价较低，在较大的流量出力范围内具有较高的效率。目前，我国冲击式水轮机发展水平还较低，特别是高水头、大容量、多喷嘴形式的冲击式水轮机与国外先进水平相比还有较大距离。喷嘴及喷针的几何流道不仅影响喷嘴内部流场，而且也会影响射流情况和能量的转换。因此，喷嘴几何流道对水轮机的影响是不可忽视的，对其进行研究对水轮机的性能有着极其重要的意义。

2 数值模拟

2.1 研究对象

本文结合传统的三种喷嘴流道进行数值分析比较，并自行开发设计了两种喷嘴与喷针流道几何型线，以达到喷嘴几何流道优化的目的。

研究对象相关参数如表1所示。

图1 喷嘴流道几何简图

表1 喷嘴喷针流道主要参数

2.2 控制方程

牛顿流体非定常流动控制方程的雷诺时均形式如下：

连续性方程

动量方程

式中： ui——平均速度；

cµ——有效粘性系数，表示分子粘性系数µ与湍流涡粘性系数之和。

本次非定常计算采用标准的k-ε湍流模型：

方程（3）、（4）中，Gk表示由层流速度梯度而产生的湍流动能，Gb是由浮力产生的湍流动能，YM代表可压湍流中脉动扩张的贡献，Sk和Sε表示用户自定义的源条件。……