本發(fā)明涉及水電設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種反擊式水輪機(jī)活動(dòng)導(dǎo)葉的補(bǔ)氣孔設(shè)計(jì)方法，還涉及一種反擊式水輪機(jī)的活動(dòng)導(dǎo)葉，還涉及一種反擊式水輪機(jī)。

背景技術(shù)：

水力發(fā)電是指水流通過水輪機(jī)，把自身的勢(shì)能和動(dòng)能轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)機(jī)械能，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，從而將水能轉(zhuǎn)化為電能，其中反擊式水輪機(jī)是目前應(yīng)用最為廣泛的水輪機(jī)，主要包括了混流式水輪機(jī)與軸流式水輪機(jī)兩種類型。

而水輪機(jī)的轉(zhuǎn)輪是能量轉(zhuǎn)換的主要部件，當(dāng)轉(zhuǎn)輪葉片上某一點(diǎn)壓力下降到當(dāng)時(shí)液體溫度下的汽化壓力時(shí)，將在葉片上產(chǎn)生翼型空化和空蝕，這是水輪機(jī)的主要破壞形式，其后果主要是引起水輪機(jī)水力性能參數(shù)惡化、機(jī)械振動(dòng)和噪音，進(jìn)而影響水輪機(jī)的安全運(yùn)行。軸流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的翼型空蝕主要發(fā)生在葉片背面下部出水邊部位；混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的翼型空蝕破壞主要位于轉(zhuǎn)輪葉片背面靠近下環(huán)出水邊的下半部，這種現(xiàn)象使得水輪機(jī)檢修周期縮短，從而導(dǎo)致水力發(fā)電機(jī)組整體性能的下降。

目前，存在一些通過向水輪機(jī)運(yùn)行過程中注入氣體的方法以便將空蝕的現(xiàn)象減弱延長(zhǎng)水輪機(jī)葉片等部位的使用壽命，然而發(fā)明人發(fā)現(xiàn)市面上的此類設(shè)計(jì)在實(shí)施上還存在一些問題，主要表現(xiàn)在：

首先，大多設(shè)計(jì)僅能對(duì)活動(dòng)導(dǎo)葉進(jìn)行保護(hù)，應(yīng)用范圍單一；此外考慮到活動(dòng)導(dǎo)葉的結(jié)構(gòu)尺寸問題，某些通過設(shè)置多個(gè)補(bǔ)氣孔實(shí)現(xiàn)補(bǔ)氣的設(shè)計(jì)方案，存在工藝復(fù)雜，加工難度大的問題。

其次，僅憑經(jīng)驗(yàn)設(shè)置充氣補(bǔ)氣的位置，設(shè)計(jì)盲目程度較大，空化區(qū)域的位置判斷不準(zhǔn)確，減弱空蝕的效果較差；水輪機(jī)的結(jié)構(gòu)多樣，現(xiàn)有設(shè)計(jì)基本只能針對(duì)某一種水輪機(jī)見效，適用性差應(yīng)用范圍狹窄；補(bǔ)氣操作較為粗放，難以準(zhǔn)確控制補(bǔ)氣中的各項(xiàng)指標(biāo)對(duì)空蝕嚴(yán)重的目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行專門的補(bǔ)氣。

綜上所述，如何有效地解決現(xiàn)有的反擊式水輪機(jī)防空蝕補(bǔ)氣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，造成加工困難，防空蝕效果差等技術(shù)問題，是目前本領(lǐng)域技術(shù)人員急需解決的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的第一個(gè)目的在于提供一種反擊式水輪機(jī)活動(dòng)導(dǎo)葉的補(bǔ)氣孔設(shè)計(jì)方法，該補(bǔ)氣孔設(shè)計(jì)方法可以有效地解決現(xiàn)有的反擊式水輪機(jī)防空蝕補(bǔ)氣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，造成加工困難，防空蝕效果差等技術(shù)問題，本發(fā)明的第二個(gè)目的是提供一種采用上述補(bǔ)氣孔設(shè)計(jì)方法的設(shè)計(jì)的反擊式水輪機(jī)的活動(dòng)導(dǎo)葉，本發(fā)明的第三個(gè)目的是提供一種包括上述反擊式水輪機(jī)的活動(dòng)導(dǎo)葉的反擊式水輪機(jī)。

為了達(dá)到上述第一個(gè)目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種反擊式水輪機(jī)活動(dòng)導(dǎo)葉的補(bǔ)氣孔設(shè)計(jì)方法，包括：

步驟一：對(duì)水輪機(jī)的活動(dòng)導(dǎo)葉和轉(zhuǎn)輪建立全模擬的數(shù)學(xué)模型；

步驟二：對(duì)建立的活動(dòng)導(dǎo)葉和轉(zhuǎn)輪的數(shù)學(xué)模型分別進(jìn)行網(wǎng)格劃分，網(wǎng)格劃分時(shí)采用塊結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格；

步驟三：將劃分好的活動(dòng)導(dǎo)葉和轉(zhuǎn)輪的網(wǎng)格導(dǎo)入流體力學(xué)計(jì)算軟件，設(shè)置計(jì)算域的計(jì)算方程、邊界條件和相關(guān)計(jì)算參數(shù)，采用有限體積法求解流動(dòng)方程，得到求解域的流動(dòng)特性的計(jì)算結(jié)果；

步驟四：對(duì)所述計(jì)算結(jié)果進(jìn)行壓力分布分析，確定所述反擊式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪內(nèi)部空化區(qū)域及經(jīng)過活動(dòng)導(dǎo)葉到該轉(zhuǎn)輪空化區(qū)域的流線，結(jié)合空化區(qū)域位置及流線分析反求，從而確定活動(dòng)導(dǎo)葉尾部所述補(bǔ)氣孔垂直方向上距離活動(dòng)導(dǎo)葉底邊的高度；

步驟五：結(jié)合對(duì)所述計(jì)算結(jié)果的分析，初步設(shè)定所述補(bǔ)氣孔的尺寸，并利用所述流體動(dòng)力學(xué)計(jì)算軟件對(duì)確定的所述補(bǔ)氣孔的位置及尺寸的設(shè)計(jì)進(jìn)行模擬，得到模擬結(jié)果；

步驟六：判斷所述模擬結(jié)果是否達(dá)到減少空化破化的預(yù)期效果，如果是，則記錄有關(guān)所述補(bǔ)氣孔的相關(guān)參數(shù)結(jié)束；如果不能，則對(duì)所述補(bǔ)氣孔的尺寸修改，重新進(jìn)行如步驟五的模擬，直到獲得預(yù)期效果并記錄有關(guān)所述補(bǔ)氣孔的相關(guān)參數(shù)結(jié)束。

優(yōu)選的，上述補(bǔ)氣孔設(shè)計(jì)方法中，所述步驟三中的計(jì)算方程包括：

混合流體相方程，

其中，ρ為空泡相和水流相形成的混合流體質(zhì)量密度，ν為混合流體的速度矢量；

空泡相方程，

其中，f為空泡相的質(zhì)量組分，Re為水蒸氣的生成率，Rc為水蒸氣的凝結(jié)率；

動(dòng)量方程，

其中，p為靜壓力，μ為分子黏性系數(shù)，μ_t為湍流黏性系數(shù)；

其中，

優(yōu)選的，上述補(bǔ)氣孔設(shè)計(jì)方法中，所述步驟三中的邊界條件包括：

進(jìn)口邊界條件，給定所述進(jìn)口處的絕對(duì)速度，所述絕對(duì)速度由所述水輪機(jī)的設(shè)計(jì)工況確定，壓力在進(jìn)口截面上設(shè)定為均勻分布；

出口邊界條件，出口處速度由上游網(wǎng)格點(diǎn)的速度推導(dǎo)得出，并根據(jù)質(zhì)量守恒定律按比例修正，出口處除所述出口處速度的其他相關(guān)量取上游一層網(wǎng)格點(diǎn)的值；

固壁邊界條件，固壁上速度滿足無滑移條件，壓力取為第二類邊界條件，湍流壁面采用壁面函數(shù)邊界條件；

氣泡相邊界條件，空泡相進(jìn)口速度取第一類邊界條件，出口速度取第二類邊界條件，在壁面上空泡速度沿法向梯度為零，空蝕計(jì)算初始流場(chǎng)的空泡體積組分賦為零。

優(yōu)選的，上述補(bǔ)氣孔設(shè)計(jì)方法中，所述步驟三中的相關(guān)計(jì)算參數(shù)包括：

計(jì)算步長(zhǎng)取0.005，收斂殘值取0.00005。

優(yōu)選的，上述補(bǔ)氣孔設(shè)計(jì)方法中，所述步驟五中初步設(shè)定所述補(bǔ)氣孔的尺寸包括：

初步計(jì)算得到所述補(bǔ)氣孔的孔徑d₂，

其中，P₁為補(bǔ)氣壓力，P₂是活動(dòng)導(dǎo)葉下部的補(bǔ)氣孔所在位置的液面靜壓，d₂是活動(dòng)導(dǎo)葉下部的補(bǔ)氣孔直徑，C為摻氣濃度，Q_a為氣體流量，Q_w為水流量，K是流出系數(shù)，ρ是介質(zhì)密度，ε是介質(zhì)的膨脹系數(shù)；

其中，P₁、d₁為給定值，Q_w、P₂均可使用儀器測(cè)得；

其中，摻氣濃度C與流量的關(guān)系為，當(dāng)摻氣濃度以得到一縷氣泡為準(zhǔn)時(shí)，C可視為已知，從而得到Q_a的值。

本發(fā)明提供的反擊式水輪機(jī)活動(dòng)導(dǎo)葉的補(bǔ)氣孔設(shè)計(jì)方法，包括：

步驟一：對(duì)水輪機(jī)的活動(dòng)導(dǎo)葉和轉(zhuǎn)輪建立全模擬的數(shù)學(xué)模型；

步驟二：對(duì)建立的活動(dòng)導(dǎo)葉和轉(zhuǎn)輪的數(shù)學(xué)模型分別進(jìn)行網(wǎng)格劃分，網(wǎng)格劃分時(shí)采用塊結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格；

步驟三：將劃分好的活動(dòng)導(dǎo)葉和轉(zhuǎn)輪的網(wǎng)格導(dǎo)入流體力學(xué)計(jì)算軟件，設(shè)置計(jì)算域的計(jì)算方程、邊界條件和相關(guān)計(jì)算參數(shù)，采用有限體積法求解流動(dòng)方程，得到求解域的流動(dòng)特性的計(jì)算結(jié)果；

步驟四：對(duì)所述計(jì)算結(jié)果進(jìn)行壓力分布分析，確定所述反擊式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪內(nèi)部空化區(qū)域及經(jīng)過活動(dòng)導(dǎo)葉到該轉(zhuǎn)輪空化區(qū)域的流線，結(jié)合空化區(qū)域位置及流線分析反求，從而確定活動(dòng)導(dǎo)葉尾部所述補(bǔ)氣孔垂直方向上距離活動(dòng)導(dǎo)葉底邊的高度；

步驟五：結(jié)合對(duì)所述計(jì)算結(jié)果的分析，初步設(shè)定所述補(bǔ)氣孔的尺寸，并利用所述流體動(dòng)力學(xué)計(jì)算軟件對(duì)確定的所述補(bǔ)氣孔的位置及尺寸的設(shè)計(jì)進(jìn)行模擬，得到模擬結(jié)果；

步驟六：判斷所述模擬結(jié)果是否達(dá)到減少空化破化的預(yù)期效果，如果是，則記錄有關(guān)所述補(bǔ)氣孔的相關(guān)參數(shù)結(jié)束；如果不能，則對(duì)所述補(bǔ)氣孔的尺寸修改，重新進(jìn)行如步驟五的模擬，直到獲得預(yù)期效果并記錄有關(guān)所述補(bǔ)氣孔的相關(guān)參數(shù)結(jié)束。

采用本發(fā)明提供的這種補(bǔ)氣孔設(shè)計(jì)方法，首先，利用流體力學(xué)計(jì)算軟件進(jìn)行計(jì)算并通過計(jì)算結(jié)果進(jìn)行數(shù)值模擬分析，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)反擊式水輪機(jī)葉輪內(nèi)的空化區(qū)域位置，不僅解決了現(xiàn)有技術(shù)僅憑經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)補(bǔ)氣結(jié)構(gòu)，目標(biāo)空化區(qū)域位置確定的精度不高的問題，而且解決了現(xiàn)有技術(shù)目標(biāo)范圍相對(duì)單一的問題，只需采用本方法建立不同的模型進(jìn)行運(yùn)算分析即可得到不同種類的水輪機(jī)的具體補(bǔ)氣設(shè)計(jì)；其次，本發(fā)明利用“摻氣減蝕”原理，通過僅在活動(dòng)導(dǎo)葉尾部打一個(gè)補(bǔ)氣孔，并通過其進(jìn)行補(bǔ)氣，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易操作。最后，經(jīng)過歸納的經(jīng)驗(yàn)公式，可得到準(zhǔn)確的補(bǔ)氣壓差，可以更加精確地控制補(bǔ)氣孔摻氣濃度，從而有效地減少反擊式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪內(nèi)部的空蝕破壞程度。綜上所述，本發(fā)明提供的技術(shù)方案能夠有效地解決現(xiàn)有的反擊式水輪機(jī)防空蝕補(bǔ)氣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，造成加工困難，防空蝕效果差等技術(shù)問題。

為了達(dá)到上述第二個(gè)目的，本發(fā)明還提供了一種反擊式水輪機(jī)的活動(dòng)導(dǎo)葉，該活動(dòng)導(dǎo)葉設(shè)置有補(bǔ)氣孔和對(duì)所述補(bǔ)氣孔供氣的進(jìn)氣孔，其中補(bǔ)氣孔的位置及尺寸為根據(jù)上述任一種補(bǔ)氣孔設(shè)計(jì)方法得到的。由于上述的補(bǔ)氣孔設(shè)計(jì)方法具有上述技術(shù)效果，采用該補(bǔ)氣孔設(shè)計(jì)方法的設(shè)計(jì)得到的反擊式水輪機(jī)的活動(dòng)導(dǎo)葉也應(yīng)具有相應(yīng)的技術(shù)效果。

優(yōu)選的，上述反擊式水輪機(jī)的活動(dòng)導(dǎo)葉中，所述補(bǔ)氣孔的孔徑d₂的尺寸范圍是6mm-8mm，包括端點(diǎn)值。

優(yōu)選的，上述反擊式水輪機(jī)的活動(dòng)導(dǎo)葉中，所述進(jìn)氣孔的孔徑d₁的尺寸范圍是3mm-6mm，包括端點(diǎn)值。

優(yōu)選的，上述反擊式水輪機(jī)的活動(dòng)導(dǎo)葉中，所述活動(dòng)導(dǎo)葉內(nèi)部設(shè)置中空腔體，所述進(jìn)氣孔及所述補(bǔ)氣孔通過所述中空腔體連通。

為了達(dá)到上述第三個(gè)目的，本發(fā)明還提供了一種反擊式水輪機(jī)，該反擊式水輪機(jī)包括上述任意一種反擊式水輪機(jī)的活動(dòng)導(dǎo)葉，由于上述的反擊式水輪機(jī)的活動(dòng)導(dǎo)葉具有上述技術(shù)效果，采用該反擊式水輪機(jī)的活動(dòng)導(dǎo)葉的反擊式水輪機(jī)也應(yīng)具有相應(yīng)的技術(shù)效果。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的反擊式水輪機(jī)活動(dòng)導(dǎo)葉的補(bǔ)氣孔設(shè)計(jì)方法的流程示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的反擊式水輪機(jī)活動(dòng)導(dǎo)葉的補(bǔ)氣孔設(shè)計(jì)方法中空化區(qū)域及活動(dòng)導(dǎo)葉間流線的示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的另一種反擊式水輪機(jī)活動(dòng)導(dǎo)葉的補(bǔ)氣孔設(shè)計(jì)方法中空化區(qū)域及活動(dòng)導(dǎo)葉間流線的示意圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的反擊式水輪機(jī)活動(dòng)導(dǎo)葉的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為圖4中的反擊式水輪機(jī)活動(dòng)導(dǎo)葉從B-B位置得到的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖中標(biāo)記如下：

活動(dòng)導(dǎo)葉1、補(bǔ)氣孔1-1、進(jìn)氣孔1-2、中空腔體1-3、空化區(qū)域2、流線3。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明實(shí)施例公開了一種反擊式水輪機(jī)活動(dòng)導(dǎo)葉的補(bǔ)氣孔設(shè)計(jì)方法，以解決現(xiàn)有的反擊式水輪機(jī)防空蝕補(bǔ)氣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，造成加工困難，防空蝕效果差等技術(shù)問題。

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

請(qǐng)參閱圖1-圖3，圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的反擊式水輪機(jī)活動(dòng)導(dǎo)葉的補(bǔ)氣孔設(shè)計(jì)方法的流程示意圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的反擊式水輪機(jī)活動(dòng)導(dǎo)葉的補(bǔ)氣孔設(shè)計(jì)方法中空化區(qū)域及活動(dòng)導(dǎo)葉間流線的示意圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的另一種反擊式水輪機(jī)活動(dòng)導(dǎo)葉的補(bǔ)氣孔設(shè)計(jì)方法中空化區(qū)域及活動(dòng)導(dǎo)葉間流線的示意圖。

本發(fā)明提供的反擊式水輪機(jī)活動(dòng)導(dǎo)葉的補(bǔ)氣孔設(shè)計(jì)方法，包括：

步驟一S01：對(duì)水輪機(jī)的活動(dòng)導(dǎo)葉1和轉(zhuǎn)輪建立全模擬的數(shù)學(xué)模型；

步驟二S02：對(duì)建立的活動(dòng)導(dǎo)葉1和轉(zhuǎn)輪的數(shù)學(xué)模型分別進(jìn)行網(wǎng)格劃分，網(wǎng)格劃分時(shí)采用塊結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格；

步驟三S03：將劃分好的活動(dòng)導(dǎo)葉1和轉(zhuǎn)輪的網(wǎng)格導(dǎo)入流體力學(xué)計(jì)算軟件，設(shè)置計(jì)算域的計(jì)算方程、邊界條件和相關(guān)計(jì)算參數(shù)，采用有限體積法求解流動(dòng)方程，得到求解域的流動(dòng)特性的計(jì)算結(jié)果；

步驟四S04：對(duì)所述計(jì)算結(jié)果進(jìn)行壓力分布分析，確定所述反擊式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪內(nèi)部空化區(qū)域2及經(jīng)過活動(dòng)導(dǎo)葉1到該轉(zhuǎn)輪空化區(qū)域2的流線3，結(jié)合空化區(qū)域2位置及流線3分析反求，從而確定活動(dòng)導(dǎo)葉1尾部所述補(bǔ)氣孔1-1垂直方向上距離活動(dòng)導(dǎo)葉1底邊的高度；

步驟五S05：結(jié)合對(duì)所述計(jì)算結(jié)果的分析，初步設(shè)定所述補(bǔ)氣孔1-1的尺寸，并利用所述流體動(dòng)力學(xué)計(jì)算軟件對(duì)確定的所述補(bǔ)氣孔1-1的位置及尺寸的設(shè)計(jì)進(jìn)行模擬，得到模擬結(jié)果；

步驟六S06：判斷所述模擬結(jié)果是否達(dá)到減少空化破化的預(yù)期效果，如果是，則記錄有關(guān)所述補(bǔ)氣孔1-1的相關(guān)參數(shù)結(jié)束；如果不能，則對(duì)所述補(bǔ)氣孔1-1的尺寸修改，重新進(jìn)行如步驟五的模擬，直到獲得預(yù)期效果并記錄有關(guān)所述補(bǔ)氣孔1-1的相關(guān)參數(shù)結(jié)束。

采用本發(fā)明提供的這種補(bǔ)氣孔設(shè)計(jì)方法，首先，利用流體力學(xué)計(jì)算軟件進(jìn)行計(jì)算并通過計(jì)算結(jié)果進(jìn)行數(shù)值模擬分析，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)反擊式水輪機(jī)葉輪內(nèi)的空化區(qū)域位置，不僅解決了現(xiàn)有技術(shù)僅憑經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)補(bǔ)氣結(jié)構(gòu)，目標(biāo)空化區(qū)域位置確定的精度不高的問題，而且解決了現(xiàn)有技術(shù)目標(biāo)范圍相對(duì)單一的問題，只需采用本方法建立不同的模型進(jìn)行運(yùn)算分析即可得到不同種類的水輪機(jī)的具體補(bǔ)氣設(shè)計(jì)；其次，本發(fā)明利用“摻氣減蝕”原理，通過僅在活動(dòng)導(dǎo)葉尾部打一個(gè)補(bǔ)氣孔，并通過其進(jìn)行補(bǔ)氣，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易操作。最后，經(jīng)過歸納的經(jīng)驗(yàn)公式，可得到準(zhǔn)確的補(bǔ)氣壓差，可以更加精確地控制補(bǔ)氣孔摻氣濃度，從而有效地減少反擊式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪內(nèi)部的空蝕破壞程度。綜上所述，本發(fā)明提供的技術(shù)方案能夠有效地解決現(xiàn)有的反擊式水輪機(jī)防空蝕補(bǔ)氣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，造成加工困難，防空蝕效果差等技術(shù)問題。

為進(jìn)一步優(yōu)化上述技術(shù)方案，在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上優(yōu)選的，上述補(bǔ)氣孔設(shè)計(jì)方法中，所述步驟三中的計(jì)算方程包括：

混合流體相方程，

其中，ρ為空泡相和水流相形成的混合流體質(zhì)量密度，ν為混合流體的速度矢量；

空泡相方程，

其中，f為空泡相的質(zhì)量組分，Re為水蒸氣的生成率，Rc為水蒸氣的凝結(jié)率；

動(dòng)量方程，

其中，p為靜壓力，μ為分子黏性系數(shù)，μ_t為湍流黏性系數(shù)；

其中，

為進(jìn)一步優(yōu)化上述技術(shù)方案，在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上優(yōu)選的，上述補(bǔ)氣孔設(shè)計(jì)方法中，所述步驟三中的邊界條件包括：

進(jìn)口邊界條件，給定所述進(jìn)口處的絕對(duì)速度，所述絕對(duì)速度由所述水輪機(jī)的設(shè)計(jì)工況確定，壓力在進(jìn)口截面上設(shè)定為均勻分布；

出口邊界條件，出口處速度由上游網(wǎng)格點(diǎn)的速度推導(dǎo)得出，并根據(jù)質(zhì)量守恒定律按比例修正，出口處除所述出口處速度的其他相關(guān)量取上游一層網(wǎng)格點(diǎn)的值；

固壁邊界條件，固壁上速度滿足無滑移條件，壓力取為第二類邊界條件，湍流壁面采用壁面函數(shù)邊界條件；

氣泡相邊界條件，空泡相進(jìn)口速度取第一類邊界條件，出口速度取第二類邊界條件，在壁面上空泡速度沿法向梯度為零，空蝕計(jì)算初始流場(chǎng)的空泡體積組分賦為零。

為進(jìn)一步優(yōu)化上述技術(shù)方案，在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上優(yōu)選的，上述補(bǔ)氣孔設(shè)計(jì)方法中，所述步驟三中的相關(guān)計(jì)算參數(shù)包括：

計(jì)算步長(zhǎng)取0.005，收斂殘值取0.00005。

為進(jìn)一步優(yōu)化上述技術(shù)方案，在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上優(yōu)選的，上述補(bǔ)氣孔設(shè)計(jì)方法中，所述步驟五中初步設(shè)定所述補(bǔ)氣孔1-1的尺寸包括：

初步計(jì)算得到所述補(bǔ)氣孔1-1的孔徑d₂，

其中，P₁為補(bǔ)氣壓力，P₂是活動(dòng)導(dǎo)葉1下部的補(bǔ)氣孔1-1所在位置的液面靜壓，d₂是活動(dòng)導(dǎo)葉1下部的補(bǔ)氣孔1-1直徑，C為摻氣濃度，Q_a為氣體流量，Q_w為水流量，K是流出系數(shù)，ρ是介質(zhì)密度，ε是介質(zhì)的膨脹系數(shù)；

其中，P₁、d₁為給定值，Q_w、P₂均可使用儀器測(cè)得；

其中，摻氣濃度C與流量的關(guān)系為，當(dāng)摻氣濃度以得到一縷氣泡為準(zhǔn)時(shí)，C可視為已知，從而得到Q_a的值。

請(qǐng)參閱圖4、圖5，圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的反擊式水輪機(jī)活動(dòng)導(dǎo)葉的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為圖4中的反擊式水輪機(jī)活動(dòng)導(dǎo)葉從B-B位置得到的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。

基于上述實(shí)施例中提供的補(bǔ)氣孔設(shè)計(jì)方法，本發(fā)明還提供了一種反擊式水輪機(jī)的活動(dòng)導(dǎo)葉，該活動(dòng)導(dǎo)葉1設(shè)置有補(bǔ)氣孔和對(duì)所述補(bǔ)氣孔供氣的進(jìn)氣孔1-2，其中補(bǔ)氣孔的位置及尺寸為根據(jù)上述實(shí)施例中任意一種補(bǔ)氣孔設(shè)計(jì)方法得到。由于該反擊式水輪機(jī)的活動(dòng)導(dǎo)葉的設(shè)計(jì)采用了上述實(shí)施例中的補(bǔ)氣孔設(shè)計(jì)方法，所以該反擊式水輪機(jī)的活動(dòng)導(dǎo)葉的有益效果請(qǐng)參考上述實(shí)施例。

為進(jìn)一步優(yōu)化上述技術(shù)方案，在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上優(yōu)選的，上述反擊式水輪機(jī)的活動(dòng)導(dǎo)葉中，所述補(bǔ)氣孔1-1的孔徑d₂的尺寸范圍是6mm-8mm，包括端點(diǎn)值。此外，所述進(jìn)氣孔1-2的孔徑d₁的尺寸范圍是3mm-6mm，包括端點(diǎn)值。進(jìn)氣孔及補(bǔ)氣孔的孔徑是綜合考慮活動(dòng)導(dǎo)葉片的厚度和補(bǔ)氣常用氣壓等基本因素共同確定的。

為進(jìn)一步優(yōu)化上述技術(shù)方案，在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上優(yōu)選的，上述反擊式水輪機(jī)的活動(dòng)導(dǎo)葉中，所述活動(dòng)導(dǎo)葉1內(nèi)部設(shè)置中空腔體1-3，所述進(jìn)氣孔及所述補(bǔ)氣孔1-1通過所述中空腔體1-3連通。采用中空腔體的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)進(jìn)氣孔與補(bǔ)氣孔的連通結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，并且該結(jié)構(gòu)也符合常用活動(dòng)導(dǎo)葉的設(shè)計(jì)原理，適合本申請(qǐng)技術(shù)方案。

基于上述實(shí)施例中提供的反擊式水輪機(jī)的活動(dòng)導(dǎo)葉，本發(fā)明還提供了一種反擊式水輪機(jī)，該反擊式水輪機(jī)的活動(dòng)導(dǎo)葉為上述實(shí)施例中任意一種反擊式水輪機(jī)的活動(dòng)導(dǎo)葉。由于該反擊式水輪機(jī)采用了上述實(shí)施例中的活動(dòng)導(dǎo)葉，所以該反擊式水輪機(jī)的有益效果請(qǐng)參考上述實(shí)施例。

本說明書中各個(gè)實(shí)施例采用遞進(jìn)的方式描述，每個(gè)實(shí)施例重點(diǎn)說明的都是與其他實(shí)施例的不同之處，各個(gè)實(shí)施例之間相同相似部分互相參見即可。

對(duì)所公開的實(shí)施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對(duì)這些實(shí)施例的多種修改對(duì)本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會(huì)被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。