中文摘要：

通过水洞中叶栅间隙流动和轴流式转轮轮缘间隙流动模型试验，以及三维湍流流动的数值模拟，研究导叶端面间隙泄漏流动和轴流式转轮轮缘间隙流动与泄漏涡的产生、发展和输运规律，对泄漏流动模型、泄漏涡系的结构、泄漏涡旋涡强度的变化、以及泄漏涡与主流的作用机理进行深入的研究，以揭示间隙流动对水轮机转轮内部的流动结构、水流能量的输运与掺混、水轮机的空化、以及能量损失等的作用机理，提高人们对水轮机内部流动规律的认识，为设计出性能优良的水轮机奠定基础。

结论摘要：

水轮机在局部遭到严重的间隙气蚀破坏，影响了电站的安全运行。本项目通过对导叶间隙流动和轴流式转轮轮缘间隙流动试验研究，基于平均N-S方程、采用雷诺应力微分模型，模拟了其内部的三维湍流流动，在机理上开展了水轮机间隙流动等方面的相关研究。主要成果如下（1）采用了稀疏气泡流动的粒子跟踪测速（2-HPTV），并应用动态阈值技术完成导叶间隙流动试验研究；，获得了导叶端面间隙流动的流动规律，以及它与主流的作用规律。（2）湍流模型上，在动量方程的源项中通过施加哥式力和向心力来考虑转轮旋转的作用与影响，对轴流式水轮机含轮缘间隙流动进行了数值模拟，并进行了试验研究，分析了不同工况下轴流水轮机轮缘间隙内部、叶片表面等泄漏流动的流速分布规律，阐明了间隙泄漏流动的不同型式，泄漏涡和二次流动的产生、发展和输运规律以及泄漏涡与主流的作用。并研究了间隙对水力性能的影响。（3）对轴流式水轮机的内部流动引入空化模型，并进行空化流动的数值研究，获得了间隙空蚀产生的最可能发生的区域是位于叶片头部紧靠着间隙的部位。以上研究成果在水轮机间隙流动机理方面具有新的发现和进展，为设计出性能优良的水轮机奠定基础。