叶片出口设计涡流损失主要发生在转轮叶片出口处。当V2⊥U2时，即α2=90°，水流平行主轴，Vu2=0，为法向出口，无涡流损失。(2) (q) (v)-|||-A --- A-|||----|||-/-|||-/ /-|||-2g 0620 06=80-|||-an n n-|||-A A________________________________________________________________________________________________________对高水头水轮机，能量损失主要发生在引水部件内，故最优转轮出口应为法向出口。对中、低水头水轮机，能量损失主要发生在尾水管和转轮内，一般α2略小于90°时，效率较高，可以避免尾水管内脱流，运行稳定，空蚀性能好。轴流转浆式、斜流式水轮机在不同工况下，可以进行双调节(导叶开度a0、叶片角度φ)，一般可使水轮机在较大范围内达到或接近进口无撞击、出口无涡流，具有较宽广的效率区。水轮机在最优工况运行时，不但效率高，而且稳定性和空蚀性能也好。因此，在实际运行中，水轮机的运行工况范围均有一定限制。

考查要点：本题主要考查水轮机最优工况的条件及其对效率的影响，涉及叶片出口设计、涡流损失、撞击损失以及不同水头条件下水轮机的性能特点。

解题核心思路：

1. 关键概念：理解“进口无撞击”和“出口无涡损”的物理意义，明确这两个条件如何减少能量损失，从而提高效率。
2. 角度关系：掌握叶片出口角α₂与水流方向的关系（α₂=90°对应法向出口），以及叶片进口角β₁与相对速度方向的匹配（β₁=βe₁）。
3. 综合条件：最优工况需同时满足进口和出口的流动优化，双调节技术的作用是扩大高效运行范围。

破题关键点：

• 进口无撞击：叶片进口处水流方向与叶片角度匹配，减少冲击损失。
• 出口无涡损：水流方向平行主轴（α₂=90°），避免涡流生成。
• 效率最高：两种损失同时最小化，能量转换效率达到峰值。

最优工况的条件分析

1. 进口无撞击（β₁=βe₁）：

   • 叶片进口角β₁与相对速度方向βe₁一致，使水流平滑进入叶片，减少冲击损失。
   • 若角度不匹配，水流会与叶片发生撞击，产生能量损耗。

2. 出口无涡损（α₂=90°）：

   • 出口角α₂=90°时，水流绝对速度V₂方向垂直于叶片切线方向（V₂⊥U₂），即水流平行于主轴。
   • 此时切向速度分量Vu₂=0，避免涡流生成，减少尾水管内的能量损失。

3. 效率最高：

   • 进口无撞击和出口无涡损同时满足时，能量损失最小，水轮机效率η达到最高。
   • 双调节技术（导叶开度a₀、叶片角度φ）可使水轮机在更广范围内接近最优工况。

不同水头条件下的设计特点

• 高水头：能量损失主要在引水部件，最优出口为法向（α₂=90°）。
• 中低水头：损失集中在尾水管和转轮内，α₂略小于90°可提高效率并改善运行稳定性。