磨损模型对固液两相流泥沙磨损计算影响

黄河沿岸水流含有大量悬移质泥沙颗粒,极易对水轮机过流部件造成泥沙磨损。选择合适的磨损模型计算磨损深度具有重要意义。本研究采用四种磨损模型,在两种颗粒直径和两种流速条件下,对直角弯管固液两相流场进行数值模拟。通过对比计算所得的磨损深度与实验值,筛选出适用于黄河沿岸悬移质颗粒的磨损模型。结果表明:磨损区域主要位于上下游管道连接位置及下游圆周向90°、270°位置,大颗粒直径90°~270°磨损更加明显;综合来看,Tusla和Oka模型计算精度更高。大颗粒直径推荐使用Oka模型进行计算,其在兼顾计算精度的前提下,又因其模型中考虑了颗粒直径;小颗粒直径条件,推荐使用计算精度最高的Tusla模型来计算小颗粒磨损问题。本研究可为黄河沿岸水电站的固相两相流泥沙磨损计算提供模型选择参考。

悬移质颗粒的运动方程求解

本文提出了悬移质颗粒运动方程的新解，相对于早期将由流体加速度引起的颗料运动速度Up划分为──水体速度u、通过静止水体的沉降速度ω、和偏移速度V三个部分的研究成果更为准确。由于施滞力可以用重力和比值|Up-u|／ω来表示，而使问题进一步简化，尽管E．G．Ho（1964）和Svendsenetal（1997）已经提出了层流条件下，颗粒运动的线性解，但本文提出了更进一步的定量分析解。