資源描述:
《水力機械兩相流綜述》由會員上傳分享,免費在線閱讀,更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。
1、.水力機械兩相流綜述摘要我國大部分河流屬于多泥沙河流,含沙量均較高,對于運行在這些河流上的水力機械而言。其葉片很容易遭到泥沙沖擊磨損的破壞,尤其是靠縫隙處,其邊壁磨損較為嚴(yán)重,并且沙粒的存在還大大增加了空化的發(fā)生機率,使這些位置極容易發(fā)生空化,產(chǎn)生空蝕,磨損和空化的聯(lián)合作用,相互促進,會導(dǎo)致非常嚴(yán)重的磨蝕。這不僅大幅度降低了水力機械的水力性能,而且在很大程度上威脅著水力機械安全穩(wěn)定性。因此,展開含沙河流中水力機械內(nèi)部流動特性的研究具有重要的理論意義與實際應(yīng)用價值。本文針對水利機械兩相流進行論述,主要為液氣,液固模擬模型
2、,空化磨損發(fā)展。關(guān)鍵詞:水力機械;空化;磨損;兩相流......1.前言近幾十年來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)含沙水流通過水力機械時,沙粒會對過流部件表面造成破壞。沙粒作用于過流部件表面而使其損壞給離心泵帶來嚴(yán)重的磨損。水中含有泥沙時,不僅對水輪機產(chǎn)生磨損破壞,而且使得空蝕比清水時發(fā)生的更早更嚴(yán)重。當(dāng)含沙水流中發(fā)生空化時,由于汽泡的產(chǎn)生和高頻率潰滅,不斷地以高壓沖擊金屬表面,使之產(chǎn)生疏松。沙粒不斷沖擊切削,使表面破壞速度大大加快,破壞后的表面,由于材質(zhì)疏松程度不同和各處的
3、流速也有區(qū)別,造成水輪機過流通道表面凹凸不平,這又加速了空泡產(chǎn)生和沙粒沖擊角度的改變,使磨損破壞速度更為加快,磨蝕破壞引起水力機械效率下降,產(chǎn)生振動與噪音迫使機組頻繁大修,維修費用高昂,經(jīng)濟效益大為降低。在我國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。水輪機組運行環(huán)境惡化,導(dǎo)致水電廠構(gòu)件的空化、磨損問題成為影響電力系統(tǒng)安全越來越嚴(yán)重的問題。它的直接危害主要表現(xiàn)在:1)檢修周期縮短,增加了電站的臨時性檢修和大修工作量,使電站運行成本增加,給電廠造成很大的經(jīng)濟損失。2
4、)水力機械性能降低,離心泵過流部件表面被泥沙磨損后,凹凸不平,促進了水流的局部擾動和空化的發(fā)展,空化發(fā)展嚴(yán)重引起機組噪音,震動加劇,效率急劇下降,嚴(yán)重影響著水電站的運行質(zhì)量。含沙水流以一定壓力攜帶磨粒和空泡,高速沖擊(打擊)過流部件,造成復(fù)合形式的磨損,即為多相流磨損,既有空泡的氣蝕,也有高速水流和磨料顆粒的沖蝕及其交互作用。目前普遍的研究認(rèn)為泥沙磨損和空蝕是相互促進的。人們總希望設(shè)計出的水輪機同時具有最佳的能量特性和空化磨損性能,因此研究含沙河流離心泵的泥沙磨損與空化破壞的關(guān)系,對設(shè)計含沙河流中耐磨及高空化性能的水泵
5、具有重大的指導(dǎo)意義。......2.空化的研究進展空化是一種液體現(xiàn)象,當(dāng)液體溫度一定時,降低壓力到某一臨界壓力時,液體會汽化或溶解于水中的空氣發(fā)育形成空穴,這種現(xiàn)象稱為空化??栈涂瘴g現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)已有較久的歷史,早在1754年歐拉(Euler)研究水輪機理論時,曾意識到低壓流區(qū)水流產(chǎn)生空化的可能性;1894年雷諾(Reyrolds)在一篇論文中詳細(xì)報道過在實驗室實驗中發(fā)生的空化現(xiàn)象,介紹了水流進入局部收縮管時,在低壓區(qū)出現(xiàn)的空化現(xiàn)象。同年帕森斯P(arosn)s發(fā)現(xiàn)了空化對船舶螺旋槳的影響,并于1895年建成了世界上第一
6、臺,也是最簡單的空化試驗水洞。1895年,佛汝德(Fruode)等人對船殼的表面和底面進行觀察,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。同樣,也曾發(fā)現(xiàn)空化現(xiàn)象常常會限制水下武器的運行。1897年,人們發(fā)現(xiàn)在船舶上使用的螺旋推進器上,螺旋槳在很短時間內(nèi)遭到破壞。經(jīng)研究,發(fā)現(xiàn)這是由于空蝕而引起的。1900年英國、德國建造了空化水洞。同年,人們發(fā)現(xiàn)了空蝕對水輪機材料的侵蝕。1912年英國兩艘萬噸級海輪高速運行僅9個小時,其螺旋槳就被空蝕破壞地不能繼續(xù)航行。與此同時,德國和瑞典也報告了水輪機的空蝕情況。這
7、時空化的嚴(yán)重性才引起人們的注意。1917年,雷利發(fā)表了“論液體中球形空穴潰滅時產(chǎn)生的壓力”一文,對人們認(rèn)識空穴的性態(tài)做出了重大貢獻,比較系統(tǒng)地提出了空化理論,建立了描述自由空泡運動的方程在此基礎(chǔ)上,Plesset進一步研究,得到了著名的Rayleigh-Plesset方程,形成了空泡動力學(xué)的基礎(chǔ)。R為球狀空穴半徑;為液體密度;為液體運動粘性系數(shù);是空穴內(nèi)部壓力;為來流壓力;是表面張力。Rayleigh-Plesset方程以一種瞬變的形式給出了氣泡動力學(xué)方面的非線性表述。也就是在假設(shè)空泡為球狀時,說明了在不同壓力條件下氣
8、泡界面和半徑上的粘性、表面張力、慣性的相互關(guān)系。但由于處理移動界面的困難,使得早期尋求空泡潰滅的解析解研究進展不大。后來人們對空泡潰滅研究逐漸深入,但是很大程度上仍然局限于Rayleigh方程或在無粘流場中求解,這顯然離解決實際問題還有一定的差距。20世紀(jì)20年代,空化空蝕現(xiàn)象作為一個專題才開始進行研究。......關(guān)于空化產(chǎn)生機