泥沙颗粒在冲击式水轮机斗叶内壁面的冲蚀磨损研究.pdf

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1、第4O卷第7期2014年7月水力发电泥沙颗粒在冲击式水轮机斗叶内壁面的冲蚀磨损研究曹永，宋文武，符杰，宿惟(西华大学流体及动力机械教育部重点实验室，四川成都610039)摘要：为研究冲击式水轮机斗叶内泥沙颗粒的运动特性，分析其对斗叶内壁面的冲蚀磨损影响。建立了斗叶的三维数学模型。利用FLUENT软件。对连续相使用欧拉方程进行计算，达到收敛后再选用拉格朗日方程对离散相一泥沙颗粒进行固液耦合计算。数值分析得出：在相同泥沙颗粒直径和浓度条件下，冲击速度越大，斗叶内壁面的冲蚀磨损也越大；在相同冲击速度和浓度条件下，颗粒直径越大，冲蚀磨损越大；相同泥沙颗粒

2、冲击速度和直径条件下，浓度越大，冲蚀磨损也越大。研究表明，斗叶内壁面的冲蚀磨损主要由泥沙颗粒直径、冲击流速和浓度共同决定。关键词：斗叶；冲蚀磨损；冲击式水轮机；固液耦合；数值分析ErosionofBUCkets0fPenOnTurbinewithSedimentCAOYong，SONGWenwu，FUJie，SUWei(KeyLaboratoryofFluidandPowerMachineryDepartmentofEducation，XihuaUniversity，Chengdu610039，Sichuan，China)AbstractA3一D

3、modelofPehonturbinebucketisbuiltforresearchingthemotioncharacteristicsofsedimentparticlesinthebucketandtheinfluenceoninnererosionofbuckeLWithfluidanalysissoftwareFLUENT,anEulerequationisfirstlycalculatedforthecontinuousphaseturbulencemodeltoachieveconvergence，andthenthecouple

4、dcalculationofsolid-liquidtwo-phaseisconductedwithDPMmodelTheresultsshowthat：(a)thegreaterimpactvelocitywillleadtomoreseriouserosionininnerwallofbucketundersamesedimentparticlediameterandconcentration；(b)thebiggerparticlediameterwillleadtogreatererosionundersameimpactvelocity

5、andsedimentconcentration；and(c)thehighersedimentconcentrationwillalsoleadtomoreseriouserosionundersameparticleimpactvelocityanddiametenTheerosionofinnerwallofbucketiSmainlydeterminedbythecombiningefectsofsedimentparticlediameteaimpactvelocityandconcentration．KeyWords：bucket；e

6、rosion；Pehonturbine；solid-liquidtwo-phaseflowcoupling；numericalanalysis中图分类号：TK735文献标识码：A文章编号：0559~9342(20l霹)07__01075—04轮机的冲蚀磨损机理和摩擦定律进行了研究。文献O引言[4—5]研究了颗粒在流场中的运动规律，推导任意流目前，我国低水头的水力资源已快开发殆尽，场中的颗粒运动方程。文献[6—7]推导了颗粒对壁高水头水力资源却有待全面开发。西南地区由于其面的冲蚀磨损控制方程。黄社华等阎研究了任意流场特殊的地理环境，有着相当丰富的高

7、水头水力资源。中稀疏颗粒运动方程的数值解法及其应用。因此．有必要对高水头冲击式水轮机进行深入分析研究．特别是影响斗叶内壁面冲蚀磨损的主要因素。收稿日期：2014—01—14然而，冲击式水轮机斗叶中的水流过程非常复杂，基金项目：流体及动力机械教育部重点实验室资助项目(SBZD．包括压力损失、二次流、薄层水流、自由面流、水PY—l1—8、SBZDPY一11-4、SZJJ2013—011)；四川I省教育厅重点资助项目花飞溅、不稳定性以及各个部件间复杂的相互作用，(11ZA279)增加了分析的难度。作者简介：曹永(1987一)，四川泸州人，男，硕士研究生

8、，主在理论研究上，文献[1—3]主要针对冲击式水要从事动力机械及工程数值模拟方向的理论与运用研究工作．WaterPowerVo1．40N