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     水电是最成熟的可再生能源技术, 为全世界提供16%的电力. 常规水力发电占这一比例的绝大部分. 虽然是一项成熟的技术, 在发展中水电国家，通过新建水坝和水电站，水力发电显示出巨大的发展前景. 此外, 在发达的水电国家, 比如美国, 在现有水坝中安装发电机组和对现有发电厂进行现代化翻新可以大大扩大发电能力，而对环境几乎没有进一步的影响. 除了, 现代计算技术和流体动力学专业知识导致了现代涡轮设计和性能的实质性改进.

     空化一直是水轮机中的一个难题, 导致性能崩溃, 侵蚀, 损害, 振动, 和噪音. 而现代涡轮机通常被设计成在其最佳效率点无空化, 由于能源市场需求的变化，在非设计条件下运行是相当普遍的. 在这里, 空化及其有害影响是不可避免的, 因此, 空化是这些涡轮机设计和运行的一个限制因素. 近年来，多相计算流体力学(CFD)被广泛应用于模拟空化流动问题, 包括涡轮机械. 然而，水轮机空化流的CFD研究仍处于起步阶段.

    本文介绍了空化弗朗西斯级水轮机在模型和原型尺度上的定周期雷诺平均纳维-斯托克模拟. 缩小模型和全尺寸原型的计算结果, 性能崩溃, 与经验模型数据和基于标准行业比例模型数据的原型性能估计进行比较. 仿真的网格收敛性也得到了验证. 通过对两种尺度的比较，可以看出模型中空化性能的破坏比原型中发生的更突然, 因为两者之间缺乏弗劳德的相似之处. 当发生严重的空化时，在不同的尺度上可以观察到明显的蒸气含量差异. 进行了逐步的性能分解，以分析机器每个规模的单个部件内的损耗. 当空化变得更严重, 尾水管的损耗在机器的总损耗中所占的比重越来越大. 由于机器上较大的静水压力梯度防止了原型尾水管的空化，因此模型尾水管的损失更大.

      另外, 在两个尺度下对全耦合空化水轮机进行了非定常分离涡模拟. 提供了网格和时间收敛研究. 对扭矩和压力波动的时间和频谱内容进行了监测，并对单相进行了比较, 空泡, 模型, 和原型案例. 浅尾水管引起的流道不平衡导致流道周围的蒸汽分布不对称, 导致更广泛的增长和蒸汽崩溃的任何单个叶片，因为它经历了一个革命. 只有当轮毂涡旋出现空化时，独特的频率成分才会显现并持续存在于整个机器中. 最大压力尖峰较大, 哪个是蒸汽坍缩的结果, 在多相模拟中，在叶片表面观察到什么, 这些可能是空化破坏和侵蚀的潜在来源.

      多相CFD是一种精确、有效的模拟分析水轮机空化流动的方法. 建议将其作为一种工业工具来补充各种类型水轮机的模型空化实验. 此外, 多相CFD也可以作为一种有效的研究工具, 研究尚不清楚的空化水轮机机理, 并发现目前未知的独特新现象.