水力機械兩相流綜述(留存版)

　　

【正文】 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。這時空化的嚴重性才引起人們的注意。這足以對固體表面材料造成巨大的破壞。間隙空化空蝕是當液流通過狹小通道或間隙時引起局部流速升高。計算結果包括了液相和空泡相的主要流動特征。在漩渦運動中，漩渦中心部分的壓力被降低，漩渦吸引磨粒，而又在離心力作用下從漩渦逸出沖擊表面。由于水輪機實際過機泥沙含量在不斷變化。吳玉林、曹樹良等推導了兩流體模型的基本方程，并利用kεAp固液兩相湍流模型，采用帖體坐標系中的有限差分法和SIMPLEC法計算水輪機轉輪中三維泥沙固液兩項湍流，得出了液相和泥沙固相的主要流動特征。即說明，含沙狀態下有可能減弱空蝕作用3）成都水輪機研究所的杜同根據自己幾十年的實踐經驗認為，在發生空蝕時，破壞面會產生一層海綿狀保護膜，減緩了進一步的空蝕作用。①含沙空蝕時，葉片壓力面進口損傷較輕，出口較重。1）目前對于水輪機中含沙水流空蝕與磨損相互關系的研究還很少見，主要停留在理論分析和試驗階段。對于實際問題，這些影響因素的范圍很大，要找到一個能適用于所有情況的模型幾乎是不可能的，不得不把實際問題分成若干情況，對于每一種情況使用一種最為適合的方法來處理。另一個用鋼板制成的葉輪其壽命提高了4倍以上。材料在空蝕與泥沙磨損共同作用下造成的磨蝕破壞，通常要比單純的磨損或空蝕嚴重的多，其表觀形態特征往往兼具磨損與空蝕的特點。劉正英用帖體坐標和kεAp模型對葉輪流道中的固液兩相流動規律進行了數值模擬。余江成等對黃河、長江等幾種河流類型泥沙和石英砂的磨損特性在收縮水洞中進行了對比試驗,試驗展示了各種類型泥沙的磨損能力.迄今為止水輪機是按照理想流體即清水條件設計的。由泥沙引起磨損的因素是復雜的，包括:沙粒的成分，泥沙顆粒的大小，泥沙的濃度，泥沙的流速及沖擊方向等。空化實驗的費用高，而且對于大型機組的空化性能實驗，由于空化現象的比尺效應及眾多因素的影響在實驗中尚無法有效地控制，使得實驗結果難以準確的反應真機的空化性能，近年來，隨著CFD技術的發展，數值模擬已成為研究水輪機內部空化流動的重要手段。液體中的固體邊界的機械振動將激發相鄰的液體產生壓力脈動，當振動幅值足夠大時就使液體發生空化、這種空化的特點是發生空化的液體是靜止的，對材料的有較大的破壞作用。國內外目前重要的空化剝蝕機理主要有下述兩種 空泡潰滅沖擊壓力波論：認為空蝕的破壞是由于球形或半球形空泡潰滅的機械作用產生強烈的水錘作用液體直接沖擊到固體界面而造成的，據水錘公式計算，～570Pa。1900年英國、德國建造了空化水洞。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。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。同樣，也曾發現空化現象常常會限制水下武器的運行。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。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。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。而在速度較低時(v=10 m/s),沖擊角度增大到一定時,結果表明材料抗磨損能力決定于其硬度。劉小兵等導出了固粒在任意流場中運動的Largrangian方程，對此方程進行線性化，并求出了解析通解。國內外普遍認為水力機械中的魚鱗狀表面是泥沙磨蝕的典型特征，尤其沙粒沖刷使葉面形成順水流方向的魚鱗狀溝槽，空蝕使葉輪產生蜂窩狀麻面。試驗研究 :趙萬勇通過對甘肅景電一期、二期提灌工程各級泵站多年現場觀測和改進設計實驗研究，分析了泵空蝕與泥沙磨損原因，結果表明:空蝕伴有泥沙，會使破壞程度成倍增加。對水力機械的混水設計和抗磨材料的研制都有重要意義。4）水力機械的設計理論大都以單相流一元設計理論為基礎，最好的理論也是理想化的單相二元理論，而含有大量固體顆粒的兩相流在物理性質和流動特性方面發生了變化。無空蝕磨損時，上述部位損傷較重。沙粒穿透邊界層的沖擊