水力機械兩相流綜述-wenkub

2023-07-10 11:57:42 本頁面

　

【正文】狀時，說明了在不同壓力條件下氣泡界面和半徑上的粘性、表面張力、慣性的相互關系。這時空化的嚴重性才引起人們的注意。1900年英國、德國建造了空化水洞。1895年，佛汝德(Fruode)等人對船殼的表面和底面進行觀察，發現空化不僅發生在螺旋槳上，而且發生在舵、龍骨，甚至船體本身。空化是一種液體現象，當液體溫度一定時，降低壓力到某一臨界壓力時，液體會汽化或溶解于水中的空氣發育形成空穴，這種現象稱為空化。 2) 水力機械性能降低，離心泵過流部件表面被泥沙磨損后，凹凸不平，促進了水流的局部擾動和空化的發展，空化發展嚴重引起機組噪音，震動加劇，效率急劇下降，嚴重影響著水電站的運行質量。沙粒不斷沖擊切削，使表面破壞速度大大加快，破壞后的表面，由于材質疏松程度不同和各處的流速也有區別，造成水輪機過流通道表面凹凸不平，這又加速了空泡產生和沙粒沖擊角度的改變，使磨損破壞速度更為加快，磨蝕破壞引起水力機械效率下降，產生振動與噪音迫使機組頻繁大修，維修費用高昂，經濟效益大為降低。關鍵詞：水力機械；空化；磨損；兩相流近幾十年來森林植被覆蓋率降低,環境惡化，水土流失嚴重,許多河流中的泥沙含量成倍增加，當含沙水流通過水力機械時，沙粒會對過流部件表面造成破壞。其葉片很容易遭到泥沙沖擊磨損的破壞，尤其是靠縫隙處，其邊壁磨損較為嚴重，并且沙粒的存在還大大增加了空化的發生機率，使這些位置極容易發生空化，產生空蝕，磨損和空化的聯合作用，相互促進，會導致非常嚴重的磨蝕。這不僅大幅度降低了水力機械的水力性能，而且在很大程度上威脅著水力機械安全穩定性。沙粒作用于過流部件表面而使其損壞給離心泵帶來嚴重的磨損。在我國黃河干流上已建成的大中型水電站中，有4座都存在嚴重的空化空蝕、磨損破壞，特別是三門峽電站最為嚴重。含沙水流以一定壓力攜帶磨粒和空泡，高速沖擊(打擊)過流部件,造成復合形式的磨損,即為多相流磨損，既有空泡的氣蝕，也有高速水流和磨料顆粒的沖蝕及其交互作用。空化和空蝕現象的發現已有較久的歷史,早在1754年歐拉(Euler)研究水輪機理論時,曾意識到低壓流區水流產生空化的可能性。同樣，也曾發現空化現象常常會限制水下武器的運行。同年，人們發現了空蝕對水輪機材料的侵蝕。1917年，雷利發表了“論液體中球形空穴潰滅時產生的壓力”一文，對人們認識空穴的性態做出了重大貢獻，比較系統地提出了空化理論,建立了描述自由空泡運動的方程在此基礎上,Plesset進一步研究,得到了著名的RayleighPlesset方程, 形成了空泡動力學的基礎。但由于處理移動界面的困難,使得早期尋求空泡潰滅的解析解研究進展不大。有些學者提出過某些假設，比較能為人們接受的是哈維的穩定空泡核子機理假說。這樣大的應力頻繁作用，足以引起材料表面局部塑性變形與硬化、變脆，產生疲勞，進而使材料破裂與剝落。空化按空泡存在形式和產生原因分為以下四類1）游移空化。渦流中心的壓力很低,在一定條件下，這個壓力遠小于液體的蒸汽壓，空化氣泡就在這個區域形成。這是一種相對穩定的空化形式，空化初生后形成附著在邊界上的空腔，這種空腔稱為固定型空泡。水輪機中的空化類型根據空化發生的部位將水輪機空化分為以下四種基本類型1）翼型空化空蝕。壓力下降到當時液體溫度下的汽化壓力時而形成的。引起機組振動和噪聲，使機組運行不穩定，并在尾水管進口段邊壁形成空蝕破壞。目前對空化流動的研究主要采用空化實驗和數值預測兩種方法。近年來人們開始通過理論分析，在NS方程的基礎上建立流動模型，應用數值分析的方法，研究空化流場的特性。王國玉等采用了一種基于均相平衡模型的空化流動模型對空化流動進行了數值模擬。空化破壞強度及其度量等方面己經有了較為深刻的認識，形成了經得起實踐檢驗的理論并找到了一些改善水力機械空化性能的途徑。在距離完全擺脫空化對水力機械發展的限制，完全消除空化對水力機械運行的不良影響這一理想的目標，還相當遙遠，還必須對水力機械空化和空蝕破壞進行大量的廣泛的理論分析和實驗研究工作。磨損分為普通磨損和局部磨損。同時由于漩渦中的低壓而產生氣穴，流到正壓區產生潰滅，與泥沙一同打擊在過流表面上，即所謂空蝕與泥沙磨損的聯合破壞作用。磨損的試驗研究進展早期展開葉輪機械磨損研究的主要有Wellinger、Sautter、Zarzycki、Roco等，他們在磨損激勵、磨損規律及防磨措施方面取得

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