水力機(jī)械兩相流綜述(完整版)
【正文】 底面進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)空化不僅發(fā)生在螺旋槳上，而且發(fā)生在舵、龍骨，甚至船體本身。 2) 水力機(jī)械性能降低，離心泵過(guò)流部件表面被泥沙磨損后，凹凸不平，促進(jìn)了水流的局部擾動(dòng)和空化的發(fā)展，空化發(fā)展嚴(yán)重引起機(jī)組噪音，震動(dòng)加劇，效率急劇下降，嚴(yán)重影響著水電站的運(yùn)行質(zhì)量。關(guān)鍵詞：水力機(jī)械；空化；磨損；兩相流近幾十年來(lái)森林植被覆蓋率降低,環(huán)境惡化，水土流失嚴(yán)重,許多河流中的泥沙含量成倍增加，當(dāng)含沙水流通過(guò)水力機(jī)械時(shí)，沙粒會(huì)對(duì)過(guò)流部件表面造成破壞。這不僅大幅度降低了水力機(jī)械的水力性能，而且在很大程度上威脅著水力機(jī)械安全穩(wěn)定性。在我國(guó)黃河干流上已建成的大中型水電站中，有4座都存在嚴(yán)重的空化空蝕、磨損破壞，特別是三門峽電站最為嚴(yán)重。空化和空蝕現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)已有較久的歷史,早在1754年歐拉(Euler)研究水輪機(jī)理論時(shí),曾意識(shí)到低壓流區(qū)水流產(chǎn)生空化的可能性。同年，人們發(fā)現(xiàn)了空蝕對(duì)水輪機(jī)材料的侵蝕。但由于處理移動(dòng)界面的困難,使得早期尋求空泡潰滅的解析解研究進(jìn)展不大。這樣大的應(yīng)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(chǎn)生疲勞，進(jìn)而使材料破裂與剝落。渦流中心的壓力很低,在一定條件下，這個(gè)壓力遠(yuǎn)小于液體的蒸汽壓，空化氣泡就在這個(gè)區(qū)域形成。水輪機(jī)中的空化類型根據(jù)空化發(fā)生的部位將水輪機(jī)空化分為以下四種基本類型1）翼型空化空蝕。引起機(jī)組振動(dòng)和噪聲，使機(jī)組運(yùn)行不穩(wěn)定，并在尾水管進(jìn)口段邊壁形成空蝕破壞。近年來(lái)人們開(kāi)始通過(guò)理論分析，在NS方程的基礎(chǔ)上建立流動(dòng)模型，應(yīng)用數(shù)值分析的方法，研究空化流場(chǎng)的特性?？栈茐膹?qiáng)度及其度量等方面己經(jīng)有了較為深刻的認(rèn)識(shí)，形成了經(jīng)得起實(shí)踐檢驗(yàn)的理論并找到了一些改善水力機(jī)械空化性能的途徑。 磨損分為普通磨損和局部磨損。磨損的試驗(yàn)研究進(jìn)展早期展開(kāi)葉輪機(jī)械磨損研究的主要有Wellinger、Sautter、Zarzycki、Roco等，他們?cè)谀p激勵(lì)、磨損規(guī)律及防磨措施方面取得了一定成果目前,流體機(jī)械磨損試驗(yàn)研究主要從以下幾個(gè)方面出發(fā):試驗(yàn)條件(速度、沖角等)對(duì)材料磨損破壞的影響、沙粒的特性對(duì)磨損破壞的影響、含沙量對(duì)磨損破壞的影響及材料本身抗磨損破壞性能等。當(dāng)水中含有大量泥沙后。吳玉林利用兩相流動(dòng)的多流體模型和KεAp兩相流湍流模型計(jì)算了渣漿泵葉輪內(nèi)的二維固液兩相湍流，并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比；同時(shí)為了提高離心泵的抗磨蝕能力，吳玉林等人對(duì)泵內(nèi)固液兩相流的流態(tài)進(jìn)行深入研究。王宏、王增璇、馬振宗等利用懸浮體固液兩相流顆粒群模型的理論研究成果,對(duì)在含沙水流中工作的水力機(jī)械轉(zhuǎn)輪內(nèi)部的固液兩相流進(jìn)行了數(shù)值模擬研究。近年來(lái)，人們對(duì)于含沙水流中的空化問(wèn)題已做了一些研究，研究主要集中在理論分析和試驗(yàn)研究方面。2）空蝕對(duì)泥沙磨損起保護(hù)作用，在一定條件下單純的泥沙磨損破壞比兩者聯(lián)合作用時(shí)的破壞更強(qiáng)。由于顆粒相互沖撞抵消了氣泡潰滅時(shí)作用于表面的部分能量，以及泥沙對(duì)過(guò)流表面的拋光作用減少了空蝕的強(qiáng)度，加之近壁流層中泥沙的屏蔽作用，空蝕作用力減弱，表面的破壞作用主要是磨損損壞。 水利水電科學(xué)研究院在各種空化試驗(yàn)設(shè)備上如水洞、轉(zhuǎn)盤儀和磁致伸縮儀上進(jìn)行的試驗(yàn)，以及采用黃河沙和塑料沙進(jìn)行的空化和磨蝕試驗(yàn)發(fā)現(xiàn):在含沙量小時(shí)，含沙量的增加對(duì)空化和磨蝕起促進(jìn)作用。兩相流或多相流體力學(xué)是近40年來(lái)非常活躍的一個(gè)研究領(lǐng)域。描述兩相流的模型，走過(guò)了一個(gè)從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的過(guò)程。參考文獻(xiàn)【1】 許洪元，[J].水利學(xué)報(bào)，1997，(9):1217【2】 高瑛，李淑紅，[J].水泵技術(shù)，2005(2)【3】 [J].,4452【4】 [J].,5154.【5】 高忠信、.水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪固液兩相三維紊流計(jì)算及磨損預(yù)估[J].、張世雄、3743【6】 楊敏官、劉棟、高波、楊波、安華民。結(jié)合CFD，F(xiàn)LUID軟件進(jìn)行數(shù)值模擬。進(jìn)入九十年代，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和各種湍流模型的建立，固液兩相流在理論上和應(yīng)用上都有了很大發(fā)展。鐵占續(xù)等人對(duì)含沙水空蝕下離心泵損傷情況進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)含沙水空蝕與無(wú)空蝕下的磨損，它們的損傷部位不同。認(rèn)為含沙量少將促進(jìn)空蝕，含沙量大將制約空蝕。清華的黃繼湯等通過(guò)靜止液體中的空泡潰滅實(shí)驗(yàn)證明，含沙狀態(tài)下，空泡在固壁附近的潰滅壓強(qiáng)減小20%60%。對(duì)空化與磨損的聯(lián)合破壞作用關(guān)系觀點(diǎn)不一，主要有以下幾種觀點(diǎn)。唐學(xué)林等人在兩流體模型的基礎(chǔ)上，利用k
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