3.1 向心叶轮内流体的流动机理

3.1.1 流动机理分析

在有限叶片数的叶轮流道内，不但存在一个径向的均匀流动，而且还有一个相对轴向漩涡运动[29]。为了证明液力透平向心叶轮内轴向漩涡运动的存在，特引用一例子予以证明：

图3⁃1 圆形容器内的相对运动

一个充满液体（理想液体）的圆形容器以一定的角速度ω绕坐标中心O旋转，如图3⁃1所示。

在图3⁃1中，A点在容器上，而浮在液体上的指针指着固定坐标系统的N点方向。当容器旋转时，液体由于本身惯性保持着原来的状态，箭头始终指着N点，这就形成了液体对于容器有个相对的旋转运动，旋转角速度也等于ω，但与容器旋转方向相反。

同理，如果将叶轮流道进口和出口封闭起来，叶轮在旋转时，流道中的液体也同样有一个相对的旋转运动，这种运动就称为相对轴向漩涡运动，如图3⁃2所示。即对于液力透平而言，在向心叶轮流道中也同样存在与叶轮旋转角速度大小相等，方向相反的相对轴向漩涡运动。

在有限叶片数的流道内除了相对轴向漩涡运动之外，还存在一个均匀流，因为当叶轮不动时，在叶轮流道内相对速度从叶片的工作面到背面是均匀分布的，如图3⁃3a所示。而当叶轮流道进出口封闭且叶轮旋转时，叶轮流道内的相对运动变为漩涡运动，且该漩涡运动的方向与叶轮的转向相反，则总的相对运动为上述两种运动之和，如图3⁃3b所示。

图3⁃2 流道内的相对轴向漩涡运动

图3⁃3 叶轮流道内流体的相对运动