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水力機械兩相流綜述(編輯修改稿)

2026-07-22 11:57 本頁面

　

【文章內(nèi)容簡介】兩相湍流模型計算水輪機轉(zhuǎn)輪中三維空化兩相湍流。計算結(jié)果包括了液相和空泡相的主要流動特征。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(shù)值模擬。隨著人類對空化的研究的深入，對于空化和空蝕破壞的機理。空化的模擬理論。空化的比尺效應。空化破壞強度及其度量等方面己經(jīng)有了較為深刻的認識，形成了經(jīng)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。空化的研究已由無粘性發(fā)展到粘性、由二維、準三維發(fā)展到全三維流動解，從單相、兩相到空化兩相流。學者們對于空化的機理和結(jié)構(gòu)做了大量研究。但是空化空蝕現(xiàn)象的研究主要還停留在研究方法的探索中，這主要是由于空化流動本身的復雜性和研究工具的缺乏。在距離完全擺脫空化對水力機械發(fā)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。水力機械磨損問題是一個十分復雜的物理過程，它與流體流速、流動形式、顆粒濃度和粒形、混合物濃度以及水力機械的結(jié)構(gòu)設計和所用材料等因素都有關系。各因素之間相互制約，而且各因素內(nèi)部又有諸多參數(shù)要加以考慮，因而給研究者帶來了許多的困難。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。磨損分為普通磨損和局部磨損。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(jié)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。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。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。同時由于漩渦中的低壓而產(chǎn)生氣穴，流到正壓區(qū)產(chǎn)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(lián)合破壞作用。此聯(lián)合破壞作用往往大于單獨某一方面的破壞作用。長期以來，磨損問題被廣泛研究，但所做的研究多集中在宏觀破壞過程上，對于磨損破壞的微觀過程了解甚少，尚未掌握磨蝕破壞機理。對磨蝕的研究還停留在有限的水平上。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(guī)律及防磨措施方面取得了一定成果目前,流體機械磨損試驗研究主要從以下幾個方面出發(fā):試驗條件(速度、沖角等)對材料磨損破壞的影響、沙粒的特性對磨損破壞的影響、含沙量對磨損破壞的影響及材料本身抗磨損破壞性能等。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(jié)果指出,速度較高時(v=40 m/s), 60176。至90176。之間的沖擊角變化對磨損破壞結(jié)果幾乎沒有影響,但角度較小時破壞程度隨角度減小而減小。而在速度較低時(v=10 m/s),沖擊角度增大到一定時,結(jié)果表明材料抗磨損能力決定于其硬度。姚啟鵬，在旋轉(zhuǎn)噴射裝置上進行泥沙粒徑對常用鋼材磨損影響的試驗,給出了各粒徑對不同材質(zhì)單位磨損率及其計算式。許洪元等利用粒子成像測速技術對離心泵流道中固體顆粒速度場進行了研究，實驗結(jié)果表明固體顆粒的密度影響其在葉輪中的相對運動軌跡，而其粒徑和形狀則主要影響其運動速度大小。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。當水中含有大量泥沙后。已經(jīng)不是清水和理想流體而是液體和固體混合的“兩相流”了。顯然兩相流比清水更復雜。由于水輪機實際過機泥沙含量在不斷變化。所以流速場和壓力場的分布規(guī)律也不斷變化，不同的速度場應該有不同的葉型。國外磨損行為的研究大多數(shù)關注與材料物性方面，隨著計算機的發(fā)展，人們開始從水沙兩相流的動力學特征入手對流體機械本身進行抗磨損等的優(yōu)化設計，對流動參數(shù)進行控制與優(yōu)化配置因此，從理論上來講，水沙兩相流才是解決磨損問題的根本之道。國內(nèi)在水力機械兩相流方面也進行了大量的研究，取得了一定的進展。國內(nèi)對水力機械固液兩相流內(nèi)部流動的研究目前主要集中在顆粒運動規(guī)律、兩相流流場分析及實驗研究上，清華大學對固液兩相流泵內(nèi)部機理進行了開拓性研究。吳玉林利用兩相流動的多流體模型和KεAp兩相流湍流模型計算了渣漿泵葉

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