水轮机混凝土蜗壳内部液固两相流动数值模拟

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1、第35卷第5期华北水利水电大学学报(自然科学版)Vo1．35No．52014年l0月JournalofNorthChinaUniversityofWaterResourcesandElectricPower(NaturalScienceEdition)Oct．2014DOI：10．3969／j．issn．1002—5634．2014．05．016水轮机混凝土蜗壳内部液固两相流动数值模拟王为术，陈刚，张斌，路统(华北水利水电大学热能工程研究中心，河南郑州450045)摘要：针对长期运行于含沙水流的水轮机混凝土蜗壳，对蜗壳内部单相及液固两相流动规律进行数值模拟，研究了运行负荷、粒径

2、大小及颗粒浓度对蜗壳内部流动规律的影响．结果表明：不同负荷下蜗壳内部速度场和压力场分布相似，仅在数值上发生变化；在进口颗粒体积分数不变时，随粒径的增加，沉降在蜗壳底部颗粒浓度增加，蜗壳底部颗粒体积分数最高达到16．83％；在相同粒径下随颗粒进口体积分数增加，蜗壳壁面颗粒体积分数增加，对蜗壳造成的磨损较为严重，颗粒与壁面的碰撞程度增加，较易引起水轮机的空蚀．关键词：水轮机；混凝土蜗壳；液固两相流；数值模拟中图分类号：TV731文献标识码：A文章编号：1002—5634(2014)05—0065—04蜗壳是水轮机中的重要过流部件，设计合理的Ot十O(咖)：0(1)x．、～‘、蜗壳能

3、为固定导叶和活动导叶提供满足环量要求和尽可能均匀、对称的来流条件，以提高水轮机效固相连续性方程为率¨．研究蜗壳内部三维流动对改善水轮机的性能+去(0(2)有着重要的作用．液相的动量方程为对蜗壳的研究一般以单相水为研究介质，对液固两相流动的研究鲜见．水轮机过流部件冲蚀磨蠹(+蠹(损是含沙河流机组最严重的问题，水流含沙量和流速的影响规律对水轮机磨蚀的防治有着重要的意一一PLr兰毒I誊+一Oxi)卜义．沙水过流表面冲刷形成浅槽，深裂缝，甚至打旦咖断叶片，破坏水轮机，严重缩短机组寿期．我国是多s(U一Vi)+咖g(3)Pi泥沙河流国家，40％以上的水轮机组磨蚀严重，造成了巨大的损失．目

4、前多采用数值模拟方法对机组毒(咖)+蠹(咖的冲蚀进行预测。，研究结果为泥沙磨损防治提一供了依据．笔者采用CFX14．0软件对水轮机混凝土篝毒警+一蜗壳内液固两相流动进行了数值模拟研究，研究结咖(一)+qb(4)果对水轮机的磨损防治有一定的参考意义．固相的动量方程为1控制方程与数值方法啬(6s)+蠹(咖s)=1．1控制方程采用欧拉多相流模型建立液固两相流的流一一P一s咖s簧+s去[【(【誊+豢)J]J一动方程．液相连续性方程为收稿日期：2014—08—3l基金项目：河南省科技攻关项目(142102210459)；河南省高校创新人才支持计划(2012HASTIT018)作者简介：王

5、为术(1972一)，男，重庆开县人，教授，博士，主要从事多相流动和传热方面的研究．