当今世界,随着化石能源的不断消耗以及环境污染问题的日益严重,水能作为一种清洁能源开始在各国受到大力开发。现阶段,我国中水头段水力资源的开发利用技术已经日趋完善,但也伴随着可开发量愈来愈少,水电建设的重心开始转向具有开发难度较大的高水头水力资源的西部地区,而具有独特优势的冲击式水轮机开始受到广泛关注。但目前对于冲击式水轮机的研究相比于其他水轮机仍较为落后,近些年来才逐渐开始涉足射流在与水斗相互作用过程中伴随着射流之间以及射流与水斗之间干涉的复杂动态过程。至于考虑水轮机实际运行时流动介质中混有泥沙颗粒的相关研究则更少。因此本文在完成冲击式水轮机全流域的气液两相非定常计算的基础上,向流场中加入固体颗粒以模拟水轮机实际运行中水中裹挟泥沙的真实情况,本文研究的具体内容及结论如下:1.结合模型试验,在喷针开度为18mm条件下,即固定流量完成三个不同转轮转速的全流域气液两相非定常计算。将数值模拟得出的外特性值与模型试验结果进行了对比,对比结果表明采用数值模拟方法能够较好的预测冲击式水轮机气液两相流动的外特性,数值模拟方法的可靠性得到验证;同时通过具体分析不同转速下射流与单个水斗作用的过程,发现转轮的转速会直接影响射流与单个水斗的作用过程,又会影响逸散废水的排出过程而间接影响射流的展开,使单个水斗呈现出不同的出力特性,进而使转轮总出力及水轮机效率出现差异;2.在两相计算基础上,向流场中加入固体颗粒实现含泥沙流动的模拟。通过不同颗粒直径及浓度条件下的数值模拟,同时分析冲击式水轮机给水机构流场中泥沙颗粒的分布规律及其对给水机构内流动特性的影响。发现泥沙颗粒在给水机构内的分布主要受到自身离心惯性力及场中涡结构的作用,同时,泥沙颗粒的加入会改变原本流场中的涡结构的形态及分布并造成新的涡结构的产生,并造成能量损失的增加,而不同直径的颗粒对流态的影响程度不同,加之自身惯性不同,其分布特性具有差异。配水环管内部分分岔管处的能量损失受颗粒直径及浓度影响较大,但喷嘴内的损失情况受颗粒直径及浓度影响均较小。3.进一步分析泥沙颗粒对冲击式水轮机转轮区流动特性的影响。通过具体对比与分析清水及含沙水工况下射流与水斗相互作用的过程,发现加入泥沙颗粒后,射流冲击水斗的展开过程以及成为废水后的排出过程均受到影响:射流所形成水膜的形状发生改变,且颗粒在水斗工作面内分布集中,导致水膜中水的分布不均匀。进而造成水对水斗的有效作用大幅减小,射流与水斗的能量转换效率降低,使单个水斗的平均出力及转轮总出力均降低,水轮机效率降低。相比于颗粒直径,其浓度更能影响水斗及转轮的出力,进而影响水轮机总效率。