水力機械兩相流綜述(更新版)

　　

【正文】 εAp兩相湍流模型計算水輪機轉輪中泥沙固液兩相湍流，得出了泥沙顆粒對轉輪葉片面的磨蝕規律。劉正英則用有限差分法對葉輪流道中的固液兩相流動規律進行了數值模擬。顯然兩相流比清水更復雜。至90176。而局部磨損則是由于具有不平順的繞流所引起的，如不平整的焊縫、孔眼、間隙等，由于邊界層水流受障礙物的擾動，形成漩渦流動。學者們對于空化的機理和結構做了大量研究。徐宇等基于兩相流中兩流體模型的理論和方程,推導了水輪機轉輪中空化兩相流的兩流體基本方程,并利用kεkp兩相湍流模型計算水輪機轉輪中三維空化兩相湍流。局部空化空蝕主要是由于鑄造和加工缺陷形成的表面不平整、砂眼等引起局部流態突變而造成的。2）間隙空化空蝕。可進一步降低操作壓力，反應過程可以在常壓下進行。該理論基于靜水中正在潰滅的空泡照片表明潰滅時空泡發生變形，這些變形隨壓力梯度及靠近邊界面而增大，并認為這種變形促成了流速很大的的微型液體射流，流速計算表明射流速度可達100～1000m/s，壓力達2Pa，壓力的持續時間為。20世紀20年代，空化空蝕現象作為一個專題才開始進行研究。與此同時，德國和瑞典也報告了水輪機的空蝕情況。同年帕森斯P(arosn)s發現了空化對船舶螺旋槳的影響，并于1895年建成了世界上第一臺，也是最簡單的空化試驗水洞。它的直接危害主要表現在:1)檢修周期縮短,增加了電站的臨時性檢修和大修工作量,使電站運行成本增加,給電廠造成很大的經濟損失。本文針對水利機械兩相流進行論述，主要為液氣，液固模擬模型，空化磨損發展。因此，展開含沙河流中水力機械內部流動特性的研究具有重要的理論意義與實際應用價值。水輪機組運行環境惡化,導致水電廠構件的空化、磨損問題成為影響電力系統安全越來越嚴重的問題。1894年雷諾(Reyrolds)在一篇論文中詳細報道過在實驗室實驗中發生的空化現象，介紹了水流進入局部收縮管時，在低壓區出現的空化現象。1912年英國兩艘萬噸級海輪高速運行僅9個小時，其螺旋槳就被空蝕破壞地不能繼續航行。后來人們對空泡潰滅研究逐漸深入,但是很大程度上仍然局限于Rayleigh方程或在無粘流場中求解,這顯然離解決實際問題還有一定的差距。微射流論：認為空蝕破壞是由空泡或空穴潰滅過程液體的微型射流造成的。當空化氣泡隨液流流出渦流艙時，由于受阻、壓力突然升高，導致空化氣泡急劇破裂，產生空化效應。這種空化空蝕破壞主要發生在水輪機轉輪葉片上，當轉輪葉片上某點壓力下降到當時液體溫度下的汽化壓力時，將在葉片上產生翼型空化和空蝕，這是水輪機的主要空化形式。4）局部空化空蝕。對于空化的數值模擬研究大體上向著兩個方向發展:從空泡的角度研究空化發生發展的機理或從宏觀的角度分析空穴的存在對流場的影響。空化的研究已由無粘性發展到粘性、由二維、準三維發展到全三維流動解，從單相、兩相到空化兩相流。普通磨損是指一般平順繞流磨損，它對過流表面的磨損是由于摩擦切削作用和磨粒對表面的沖擊造成的，它是由流體及紊動摻混推動了沙粒由液體的這一層到另一層重新分配，加上水流的脈動結果，使硬顆粒以不同的角度沖擊過流表面，如水力機械葉片表面磨損多屬于這種類型。Kenichi Sugiyama等，在射流磨損試驗裝置上對多種材料及涂層的試驗結果指出,速度較高時(v=40 m/s), 60176。已經不是清水和理想流體而是液體和固體混合的“兩相流”了。在多相紊流運動雙流體模型的基礎之上，建立了兩相紊流運動的大渦模擬，利用大渦模擬，對離心泵葉輪內部的固液兩相流動進行了數值計算。對兩相流流場的模擬結果進行的分析表明提出的數值模擬方法和擬人工壓縮技術是成功的。理論研究:含沙水流中的空蝕問題，其機理及涉及因素相當復雜。前蘇聯的卡列林川據則提出在聯合作用時，由于空泡的阻尼作用，事實上減弱了泥沙的磨蝕作用，對葉輪起一定的保護作用。4）四川大學鄧軍等在分析前人試驗基礎上提出了湍流邊壁的碎發現象引起“掃蕩磨損”的概念。在含沙量大時，含沙量的增加對空化和磨蝕起制約作用，在兩種相反作用之間存在一個稱為臨界含沙量的轉變點。兩相流或多相流廣泛存在于自然界及工程實際中，如大氣中的云霧，含塵空氣，核反應堆的冷卻，石油與天然氣的開采與運用，生物體中的血管，粉料或粒料的氣力或液力管道輸送，粉塵的分離與收集，葉片機械中的多相流動等。人們根據各種流動的特點建立了不少模型，如單流體動力學模型、單流體模型、顆粒軌道模型、雙流體模型等。離心泵葉輪內部液固兩相湍流的數值模擬[J].水泵技術,2006，1430【7】 [D].