11月2日，国家自然科学基金重点项目“水力旋转机械非定常流动及其控制的基础问题研究”成果交流会在北京大学澳门十大赌厅网举行。该项目2006年启动，由 陈十一">陈十一教授牵头，北京大学、清华大学和浙江大学十余位学者共同承担。本次会议的目的是各单位一起交流和盘点研究成果，为明年初结题做好准备。

 

    水力旋转机械包括水轮机和泵以及相应的管路系统，在国民经济建设和国防领域发挥着重要的作用。依靠基于现代计算流体力学的优化设计，当前水力旋转机械已经达到了很高的效率。但这些机械运行的稳定性是长期未能得到很好解决的问题，正受到越来越多的关注。例如，大型混流式水轮机在非额定工况下常出现的水力不稳定问题，如解决不好将严重影响机组的寿命和电站的安全；快速启动的推进泵的特性也迫切需要能够准确预报和控制。这些有重要应用背景的问题都要求对水力旋转机械内部复杂的非稳态流动的特性有深入的了解，在此基础上进一步的模拟和控制才有可靠的保障。这个重点项目就是以此为背景，通过研究典型的瞬态流动的特征，认清关键的复杂流动机理，在此基础上提出改进和控制方案，为工程应用的大力开展提供更好的依据。

 

    经过三个承担单位近四年的研究，项目取得了多项令人振奋的创新成果。例如：针对大型混流式水轮机的不稳定性问题，通过旋涡运动的稳定性分析，揭示了其尾水管非定常涡带的物理根源并提出了控制原理，以此为依据设计了新的水轮机转轮叶片，能把涡带引起的有害压力脉动降低50%，同时提高平均效率；针对开关闸门经常在长水道中引起严重有害的水击现象，抓住管道瞬态流动压力波和管壁涡量波相互耦合这一关键机理，建立了严格的水击解析理论，其预测与实验结果十分吻合，并据此提出了优化开关机程序以消除水击的原理；研发了新的折射率匹配技术和标定方法，克服了光学干扰，将三维PIV方法成功地应用到水力旋转机械的实验研究中；在对推进泵快速启动过程的机理进行典型的数值模拟研究的基础上，采用PIV技术进行了新的实验研究，完成了全管路数值模拟，并用涡动力学方法进行了局部诊断；针对旋转湍流螺度级串和能量耗散的特点，提出了更有效的大涡模拟模式和改进的雷诺应力模式，还提出改进的空化模型，并利用改进的模型完成了水轮机在稳态和非稳态条件下全机流动的新的数值模拟。项目在湍流基础研究方面也取得重要成果，特别是提出了大涡模拟的约束亚格子应力模型和有效的壁面雷诺应力约束方法，使得脱体涡模拟更加准确；还以数学物理中发展起来的螺旋波分解为工具，从新的角度揭示了旋转槽道湍流的能量级串特性。这些成果多数已经以论文形式在 Journal of Fluid Mechanics, Journal of Fluid Engineering ， Physics of Fluids，工程热物理学报，水力发电学报等重要学术期刊发表或投稿。项目目前已经取得多项发明专利权，并申报一项国家级奖项，还将出版一部专著。

 

    本项目在 陈十一">陈十一、 吴介之">吴介之、吴玉林、王乐勤四位学术带头人的领导下，三个承研单位不仅发挥了各自的优势，展示了特色，还深入交流，互相协作，生动体现了理论和工程实际的相互作用过程，为合作项目的开展提供了成功的经验。

 

项目组成员合影