冲击式水轮机喷射机构泥沙磨损特性的数值模拟

作者：葛新峰; 孙洁; 李阳; 吴丹; 张雷; 化洪昌

来源：水利学报, 2020, 51(12): 1486-1494.

DOI：10.13243/j.cnki.slxb.20200430

• 冲击式水轮机
• 喷射机构
• 磨损
• 离散相模型
• 非定常数值模拟

为分析泥沙颗粒的直径及浓度对喷射机构磨损位置和磨损率的影响,基于Fluent平台对模型冲击式水轮机的喷射机构进行了三维建模,在水气两相流非定常计算稳定的基础之上,加入离散相,应用基于颗粒轨道的欧拉-拉格朗日法对水气沙三相进行了非定常数值模拟。在泥沙体积分数为1%的条件下,泥沙径粒分别取0.01、0.05、0.4和1 mm;在泥沙径粒为0.05 mm的条件下,泥沙体积分数分别取1%、2%、3%、4%和5%。结果表明,喷嘴出口处的压能大部分转化为了动能,且喷嘴出口处出现了负压;随着泥沙径粒的增加,泥沙的随流性会变差;泥沙径粒影响喷嘴的磨损范围,但喷嘴表面的磨损位置是相似的;喷针头部的针尖位置更容易受到细小颗粒的磨损,且喷针的过渡段磨损与径粒大小呈正相关;喷射机构受到的最大磨损率随泥沙浓度的增加而增大;在同一泥沙浓度下,喷嘴受到的磨损要大于喷针;泥沙浓度的增加会使喷嘴、喷针的磨损率增加,但泥沙颗粒的运动轨迹及喷针磨损的位置是相似的。

• 单位
  江苏理工学院; 河海大学; 黄河水利科学研究院; 电气学院