水力機械兩相流綜述-wenkub.com

2026-06-12 11:57 本頁面

　　

【正文】因此，水力機械的設計和設計方法與水力設計條件不相符合，導致了水力機械性能的惡化。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。水力機械中固液兩相流動的研究，是水力機械抗泥沙磨損研究的基礎和關鍵。文獻根據前人研究成果指出,采用黃河小浪底河灘的天然砂進行試驗,結果表明混凝土等脆性材料的平均磨蝕率均隨水流含沙量的增大而增大,并沒有明顯的峰值。①含沙空蝕時，葉片壓力面進口損傷較輕，出口較重。另一個用鋼板制成的葉輪其壽命提高了4倍以上。河海的黃細彬等根據試驗數據導出了混凝土壁面上的磨蝕率公式，認為:含沙水流的磨蝕率隨摻氣濃度、材料強度的增大而減小，隨水流速度、含沙量的提高而增大。磨損輕微，對沖刷表面無需采用抗磨措施。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。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。1）認為聯合作用加速了對葉輪的破壞。李琪飛基于NS方程，把蝸殼固定導葉、活動導葉作為耦合整體聯系起來考慮，分別對清水介質及水砂兩相流介質情況下進行了計算并對照分析了其差異。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。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。1994年彭維明用歐拉法和拉格朗日法相結合的雷諾輸運定理推導出了固液兩相流的基本方程，計算了水輪機轉輪中軸對稱的固液兩相流，得出了兩相速度場的流動規律：顆粒相的軸面速度在水輪機轉輪葉片內大于液相的軸面速度，在一定范圍內，隨著顆粒相的直徑增大，周面速度增大。國內對水力機械固液兩相流內部流動的研究目前主要集中在顆粒運動規律、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部機理進行了開拓性研究。由于水輪機實際過機泥沙含量在不斷變化。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。之間的沖擊角變化對磨損破壞結果幾乎沒有影響,但角度較小時破壞程度隨角度減小而減小。對磨蝕的研究還停留在有限的水平上。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。但是空化空蝕現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。空化的比尺效應。計算結果包括了液相和空泡相的主要流動特征。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。效率、空化性能和穩定性是影響水力機組性能的三項指標，其中空化性能是一個古老卻至今未被解決的難點課題之一。渦帶是中間含有蒸汽和其他氣體的大空腔，空腔內壓力很低，呈螺旋狀非軸對稱地在尾水管內旋轉，使壓力場、速度場也發生周期性變化。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。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。3）固定空化。流體通過渦流裝置時沿切向狹縫進入渦流空化艙，形成一定角度和速度的射流，切向射流在艙中形成渦流。這足以對固體表面材料造成巨大的破壞。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。關于空化產生機理,由于液體結構還不十分清楚,目前尚無明顯的理論說明。也就是在假設空泡為球

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