我国水资源蕴藏量巨大,水电是我国重要的能源资源,但是许多流域中泥沙含量较高,水轮机在运行中会遭到泥沙的磨损,机组内部磨损后会出现机组振动、过流部件破坏及效率下降等问题,这就导致安全隐患并造成巨大的经济损失。虽然在设计时会针对这些问题采取措施,但最终的效果不太显著。与混流式水轮机比较而言,贯流式水轮机研究总结的规律和理论较少,所以对贯流式水轮机在固液两相流工况下的性能、泥沙磨损以及内部流动规律的研究具有一定的必要性。本文选择黄河流域泥沙较多的中下游河段,已经运行多年的某电站贯流式水轮机为研究对象,针对低水头多泥沙的情况,对水轮机全流道清水和固液两相流工况进行数值模拟,对各个过流部件进行流动分析并应用涡动力学涡识别方法分析内部流态,得到固液两相流对水轮机运行的影响,泥沙粒径、泥沙体积浓度与水轮机过流部件磨损以及内部流动的关系。关于以上的内容,本文主要开展了以下研究:(1)通过阅读大量相关文献,拟定了研究思路。根据黄河中下游某水电站的贯流式水轮机原型机资料,利用三维建模软件UG对进口段、灯泡体、活动导叶、转轮、尾水管五个部分建立机组全流道模型,在ICEM CFD中对各个部分进行结构和非结构的网格划分。(2)应用ANSYS CFX对全流道进行清水工况的定常计算和固液两相流工况的非定常计算。从泥沙不同的粒径和不同的体积浓度这两个方面,共7个工况进行计算,从计算结果对子午面、灯泡体、活动导叶、转轮及尾水管进行流态分析,将涡动力学中的3种涡识别方法嵌入后处理中,对转轮、导叶、尾水管区域进行涡动力学分析。(3)当泥沙体积浓度Cv为1%,泥沙粒径d由0.01mm增加到0.25mm时,灯泡体、导叶叶片、转轮叶片、尾水管等部件压力、泥沙体积分数、滑移速度是逐渐递增的,泥沙体积分数也在逐渐增加,也就是泥沙粒径的增大会导致过流部件磨损的加剧;涡识别方法分别应用在子午面、导叶区域、转轮区域和尾水管区域,在这几个区域发现旋涡强度和泥沙粒径呈现弱相关。(4)当泥沙粒径为0.1mm,体积浓度从1%增加到7%时,灯泡体、导叶叶片、转轮叶片、尾水管等部件的压力、泥沙体积分数是逐渐增大,但是滑移速度在减小;应用涡识别方法在各个区域,发现大部分区域受到浓度的影响,随着浓度增加,看到Q值和涡量值有减小趋势,但是识别到的旋涡位置是一致的,影响更多的是涡旋运动的强度。(5)清水工况和固液两相工况对比发现,由于泥沙的存在明显导致水轮机效率下降,并且还造成各个部件压力增大以及旋涡运动强度增加,带来磨损的同时还增加了水力损失。通过本论文的研究,对实际运行在固液两相流工况下的贯流式水轮机进行内部流场分析得知,运用涡分析方法,开展贯流式水轮机固液两相流的研究,得到导叶和转轮区域的涡分布规律,可为贯流式水轮机水力设计提供参考依据,对运行、检修提供指导。