华中科技大学能源与动力学院水机教研室 HSJ
水力机械中的能量转换
第五节 变工况的流动分析
工况,
一组工作参数（ qV,H,n,a0）及物性
参数（ R,?,pin,Tin）决定的一种工作状况
设计工况、最优工况、非设计工况（非最
优工况）或偏离工况
华中科技大学能源与动力学院水机教研室 HSJ
水力机械中的能量转换
一、不同工况下泵内的流动
1、设计工况,
进口△的特征,
无冲击进口 ?1＝ ?b1
出口△的特征,
压水室无冲击进口
进口：（ cu1） 由吸入室决定
出口,?2＝ ?b2；
作 △ 时注意,
2、流量变化时
水力机械中的能量转换
HSJ 华中科技大学能源与动力学院水机教研室
进口速度三角形 出口速度三角形
进口冲角 i＝ ?b1－ ?1
能量头随流量变化 qV H
华中科技大学能源与动力学院水机教研室 HSJ
水力机械中的能量转换
3、转速变化时
进口速度三角形 出口速度三角形
华中科技大学能源与动力学院水机教研室 HSJ
水力机械中的能量转换
4,导流器（前导叶）的影响
华中科技大学能源与动力学院水机教研室 HSJ
水力机械中的能量转换
5、叶片转动的情况
进口：适应 ?1的变化，减小
或消除冲角
出口：保持 ?2 不变
变流量 变转速
华中科技大学能源与动力学院水机教研室 HSJ
水力机械中的能量转换
对于没有可转动的前置导叶的工作机，当
给定了转速和流量后，即可确定进、出口速度
三角形，从而确定了能量头（扬程），可见三
个工况参数 qV,hth和 n不是独立的，给定了其
中两个就可以确定第三个。
实践中，通常是给定流量和转速。如果给
定扬程（能量头、风压）求流量，理论上是可
以的，但具体的计算复杂一些。
小结,
华中科技大学能源与动力学院水机教研室 HSJ
水力机械中的能量转换
二、不同工况下水轮机内的流动
与工作机的区别,由于水轮机导水机构的转
动，可以在 H,n不变的条件下改变流量，故
水轮机比泵多一个决定工况的参数。在工程
实际中，水轮机通常是在 H,n不变的条件下，
通过导叶来改变流量。
华中科技大学能源与动力学院水机教研室 HSJ
水力机械中的能量转换
1、活动导叶与转轮之间的流动
在导叶的出口
00
V0m
br2
qc
?? 00m0u
ct gcc ??
到转轮进口前为自由流动
00u11u rcrc ?
10
0V
1
00u
1u rb2
c t gq
r
rcc
?
???
又由于 1V1m Aqc ?
所以 0
1
10
1
11 2 ??? tgA rbcctg
u
m ??
对于混流式,
b1＝ b0； A1＝ 2? b1 r1； ?1＝ ?0
对于轴流式,
A1与 b0 没有直接关系,r1 也是变数
华中科技大学能源与动力学院水机教研室 HSJ
水力机械中的能量转换
1,设计工况
无冲击进口；法向出口
2,流量变化,
当 H,n一定时，通过改变导叶开口来改变流量，所以在
流量变化时, ?1同时变化。
冲角 i＝ ?1－ ?b1
近似分析时，可认为绝对速度的矢端沿圆弧移动
进口
华中科技大学能源与动力学院水机教研室 HSJ
水力机械中的能量转换
出口
注意 Cu2
华中科技大学能源与动力学院水机教研室 HSJ
水力机械中的能量转换
3,H变化时
当 a0,?及 n都不变时 gH2c
1 ?
H变化对出口△的影响？
华中科技大学能源与动力学院水机教研室 HSJ
水力机械中的能量转换
4,n变化时
△ 的变化对性能的影响,
冲击损失
cu2对尾水管工作的影响
cu2对 Hth的影响
华中科技大学能源与动力学院水机教研室 HSJ
水力机械中的能量转换
5,转浆式水轮机,
双重调节（请回忆流量调节方程）
转速变化的情况？
华中科技大学能源与动力学院水机教研室 HSJ
水力机械中的能量转换
总结,
1,水轮机比泵多一个工况参数, 故讨论的
方式亦有不同
2,最优工况下的法向出口条件
3,导叶开度在进口速度三角形中的表现
水力机械中的能量转换
第五节 变工况的流动分析
工况,
一组工作参数（ qV,H,n,a0）及物性
参数（ R,?,pin,Tin）决定的一种工作状况
设计工况、最优工况、非设计工况（非最
优工况）或偏离工况
华中科技大学能源与动力学院水机教研室 HSJ
水力机械中的能量转换
一、不同工况下泵内的流动
1、设计工况,
进口△的特征,
无冲击进口 ?1＝ ?b1
出口△的特征,
压水室无冲击进口
进口：（ cu1） 由吸入室决定
出口,?2＝ ?b2；
作 △ 时注意,
2、流量变化时
水力机械中的能量转换
HSJ 华中科技大学能源与动力学院水机教研室
进口速度三角形 出口速度三角形
进口冲角 i＝ ?b1－ ?1
能量头随流量变化 qV H
华中科技大学能源与动力学院水机教研室 HSJ
水力机械中的能量转换
3、转速变化时
进口速度三角形 出口速度三角形
华中科技大学能源与动力学院水机教研室 HSJ
水力机械中的能量转换
4,导流器（前导叶）的影响
华中科技大学能源与动力学院水机教研室 HSJ
水力机械中的能量转换
5、叶片转动的情况
进口：适应 ?1的变化，减小
或消除冲角
出口：保持 ?2 不变
变流量 变转速
华中科技大学能源与动力学院水机教研室 HSJ
水力机械中的能量转换
对于没有可转动的前置导叶的工作机，当
给定了转速和流量后，即可确定进、出口速度
三角形，从而确定了能量头（扬程），可见三
个工况参数 qV,hth和 n不是独立的，给定了其
中两个就可以确定第三个。
实践中，通常是给定流量和转速。如果给
定扬程（能量头、风压）求流量，理论上是可
以的，但具体的计算复杂一些。
小结,
华中科技大学能源与动力学院水机教研室 HSJ
水力机械中的能量转换
二、不同工况下水轮机内的流动
与工作机的区别,由于水轮机导水机构的转
动，可以在 H,n不变的条件下改变流量，故
水轮机比泵多一个决定工况的参数。在工程
实际中，水轮机通常是在 H,n不变的条件下，
通过导叶来改变流量。
华中科技大学能源与动力学院水机教研室 HSJ
水力机械中的能量转换
1、活动导叶与转轮之间的流动
在导叶的出口
00
V0m
br2
qc
?? 00m0u
ct gcc ??
到转轮进口前为自由流动
00u11u rcrc ?
10
0V
1
00u
1u rb2
c t gq
r
rcc
?
???
又由于 1V1m Aqc ?
所以 0
1
10
1
11 2 ??? tgA rbcctg
u
m ??
对于混流式,
b1＝ b0； A1＝ 2? b1 r1； ?1＝ ?0
对于轴流式,
A1与 b0 没有直接关系,r1 也是变数
华中科技大学能源与动力学院水机教研室 HSJ
水力机械中的能量转换
1,设计工况
无冲击进口；法向出口
2,流量变化,
当 H,n一定时，通过改变导叶开口来改变流量，所以在
流量变化时, ?1同时变化。
冲角 i＝ ?1－ ?b1
近似分析时，可认为绝对速度的矢端沿圆弧移动
进口
华中科技大学能源与动力学院水机教研室 HSJ
水力机械中的能量转换
出口
注意 Cu2
华中科技大学能源与动力学院水机教研室 HSJ
水力机械中的能量转换
3,H变化时
当 a0,?及 n都不变时 gH2c
1 ?
H变化对出口△的影响？
华中科技大学能源与动力学院水机教研室 HSJ
水力机械中的能量转换
4,n变化时
△ 的变化对性能的影响,
冲击损失
cu2对尾水管工作的影响
cu2对 Hth的影响
华中科技大学能源与动力学院水机教研室 HSJ
水力机械中的能量转换
5,转浆式水轮机,
双重调节（请回忆流量调节方程）
转速变化的情况？
华中科技大学能源与动力学院水机教研室 HSJ
水力机械中的能量转换
总结,
1,水轮机比泵多一个工况参数, 故讨论的
方式亦有不同
2,最优工况下的法向出口条件
3,导叶开度在进口速度三角形中的表现
