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）

0 引 言

目前，我国低水头的水力资源已快开发殆尽，高水头水力资源却有待全面开发。西南地区由于其特殊的地理环境，有着相当丰富的高水头水力资源。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。然而，冲击式水轮机斗叶中的水流过程非常复杂，包括压力损失、二次流、薄层水流、自由面流、水花飞溅、不稳定性以及各个部件间复杂的相互作用，增加了分析的难度。

在理论研究上，文献 [1-3]主要针对冲击式水轮机的冲蚀磨损机理和摩擦定律进行了研究。文献[4－5]研究了颗粒在流场中的运动规律，推导任意流场中的颗粒运动方程。文献 [6－7]推导了颗粒对壁面的冲蚀磨损控制方程。黄社华等[8]研究了任意流场中稀疏颗粒运动方程的数值解法及其应用。

在模拟研究上，国外学者作出了一定的研究。文献 [9－10]研究了泥沙颗粒的形状、大小及浓度对斗叶的冲蚀磨损。文献 [11－12]研究了冲击式水轮机中的固液两相流的运动特性以及对斗叶前端冲蚀磨损的计算分析。在实验研究和磨损保护上，学者Liu L.等[13]和Bajracharya等[14]对过流部件进行了冲蚀磨损的实验研究。Rainer Maldet[15]研究了针对斗叶磨损的保护措施。

为了找出影响冲蚀磨损的主要因素，本文通过研究泥沙颗粒在斗叶内部的运动特性，分析泥沙颗粒直径、冲击速度和浓度对斗叶内壁面的冲蚀磨损，最终得到影响斗叶内壁面冲蚀磨损形成的主要因素。……