含沙水流空化与空蚀特性初探

高速含沙水流中的空化与空蚀现象是多泥沙河流高水头泄水建筑物、水力机械等所面临的重要工程问题之一。它与一般清水工程中的空化与空蚀现象的差别在于泥沙效应的存在。含沙水流作为一种特殊的固一液两相流动介质,当含沙浓度或泥沙粒径组成变化时,流动介质的运动特性、物化特性等也会产生相应的变化,从而对空化与空蚀现象产生特定的影响。     

高速含沙水流对水轮机的空蚀和磨蚀

水轮机泥沙磨损和空蚀,严重威胁着水电站的安全经济运行,已成为急待解决的关键技术难题。本文综述了水轮机空蚀破坏现象和原因,空蚀破坏的类型、过程及其影响因素;并阐述了磨蚀坏微观过程、众说纷纭的磨蚀破坏机理,使人们对水轮机磨蚀问题有了进一步认识。     

对含沙水流空蚀与磨损问题的几点看法

含沙水流以其特有的运动规律影响着工程的运行。工程结构及设备的严重磨损及空化与空蚀现象已有较长时间的系统研究,尽管至今尚有许多重要的理论技术问题未有圆满的结论,但毕竟具有比较系统的实验方法、减蚀技术措施及运行管理经验。浑水工程中的空化     

万家寨水电站水中含沙对空化压力的影响

对万家寨水电站含沙量对水力机械内空化压力的影响进行了研究,并利用自行研制的测量装置实测了黄河万家寨水电站含沙水样的初生空化与,临界空化压力．实测结果表明,随着含沙量的增大,初生空化与临界空化压力值均有所提高,且接近线性关系．这一成果可用于所有含沙河流上的水电站水轮机与水泵站水泵合理确定安装高程时的参考．这样做可以减少空蚀与泥沙磨损给运行带来的经济损失．     

空腔脱流振动和空蚀

水轮机在额定出力的30％左右或者更小的情况下，会出现空腔脱流振动和空蚀，给机组安全运行带来很大危害。空腔脱流的原因是在小流量时，靠近上冠、泄水锥的流线偏离流道轴轮廓线，出现脱流，并随流量的减小，轴面流速减小至出现逆向流动，脱流漩涡引起压力脉动和流道轴廓线表面的空蚀破坏。避免在低负荷区运行或向顶盖补入压缩空气是避免或减轻空腔脱流振动和空蚀的办法。     

表面张力对铝材料空蚀的影响

在磁致伸缩仪上，研究了５种不同表面张力系数的液体中铝试件的空蚀过程。结果发现在试验范围内，虽然液体的表面张力系数有所不同，但铝试件的空蚀过程仍包括４个阶段；得出前人文献中均未得到过的、铝试件的失质率及总失质量与液体表面张力系数呈线性增长的试验结果。并用空泡生命周期随液体表面张力系数增长呈线性减小的试验研究结果对上述现象从理论上加以说明。     

高含沙异重流阻力特性探讨

本文运用爱因斯坦划分阻力单元的方法建立了高含沙异重流的阻力公式,分析讨论了高含沙异重流达西阻力系数λ_m的影响因素,根据试验资料确定了λ_m的近似关系式.对高含沙异重流交界面阻力进行了初步探讨.     

含沙水中襟翼高度对混流式水轮机空化性能的影响

空化空蚀是水轮机在运行过程中存在的常见现象,其不仅会造成水轮机的性能变差,甚至会威胁机组的安全稳定运行。文章以具体工程为背景,通过数值模拟的方法研究了含沙水中襟翼高度对混流式水轮机空化性能的影响。综合模拟计算结果,建议在水轮机设计中设置襟翼,其高度建议为20mm。     

含沙空化对轴流泵内流动特性的影响

采用SST k-ω湍流模型模拟轴流泵在清水非空化、含沙水非空化、清水临界空化、含沙水临界空化4种状态下的流动特性,分析含沙量和临界空化对泵内流动特性的影响,确定轴流泵在不同状态下的不稳定运行区域。结果表明:在叶片工作面上,非空化和临界空化状态下轴向速度流动系数均分布在-1附近,非空化状态下径向速度流动系数和绝对速度流动系数分别分布在0.6和1.2附近,临界空化状态下径向速度流动系数和绝对速度流动系数分布在1附近。叶片背面进口和出口位置的流动系数最为敏感,空化会引起此处流动系数的剧烈波动,尤其是加入泥沙后,波动更为显著,故叶片背面进口和出口位置为叶轮内的流动不稳定区域,空化和泥沙主要影响此处。未发生空化时,含沙量基本不改变叶轮内流动状态;当泵内发生空化时,在叶片尾端出现流动分离漩涡,加入泥沙后,尾端的漩涡范围变大,叶轮内的流动状态发生改变,说明空化和泥沙均是影响叶轮内流动特性的主要因素。     

西藏高原水轮机空蚀问题的探讨

本文在调查西藏主要水电站水轮机空蚀问题的基础上,简要分析了影响其空蚀的主要因素,提出了海拔高程大于3000m的高原地区的水轮机吸出高度H_值的计算方法。     

高含沙洪水基本特性及其对行洪的影响

采用实测资料分析和理论探讨相结合的方法,研究了黄河下游高含沙洪水过程及其对防洪的影响。研究结果表明,黄河高含沙水流具有明显的宾汉流体特征,具有较强的输沙能力。"04.8"高含沙洪水在下游演进过程洪峰流量沿程增大,峰形趋于尖瘦,沙峰滞后于洪峰。黄河高含沙洪水造成下游河道河势变化剧烈,防洪调度难度大,易发生异常高水位,严重威胁防洪安全。     

含沙水中金属材质的耐磨研究

本文的研究是在排除汽蚀的情况下取自长江泥沙对十一种常用金属材质进行了纯磨损能力的研究。得到了含沙水流冲刷速度同各种金属材料磨损量的关系曲线以及沙水浓度同各种金属材质磨损量的关系曲线。这对于预测在含沙水流中工作的机器的使用寿命或选用耐磨材料以及对于沙水中快速磨损机理的研究都具有重要意义。     

输沙管道高含沙水流阻力特性探讨

根据对实测资料的分析,得出了输沙管道高含沙水流沿程和局部阻力系数的变化规律及确定方法,提出了管道综合泥沙因子和综合阻力系数的相关关系,同时指出细颗粒组成对高含沙水流的阻力特性有很大影响。分析表明:随着含沙量的增大,悬沙级配的粒径分布范围变宽,细颗粒在悬沙中所占比重减小,当细颗粒增加到一定程度时,单位体积水流可以挟带大量的粗颗粒泥沙;在输送高含沙水流时,应确定其最优细颗粒含量,以降低水流阻力,提高输沙效率。     

含沙水流对泵站效率的影响

引黄泵站运行管理中最大的技术难题就是泥沙的影响。本文通过水中含沙率对水泵、进出水管路及进出水池效率的影响，分析对机组装置效率和能源单耗的影响，提出了在今后新建或改造的泵站工程中应采取的相应处理措施。     

高含沙水流的流变特性

黄河流域高含沙水流是由含沙水流、泥石流或泥浆组成的，其中含有大量的黏土或悬浮的细沙颗粒，它的流变特性很难掌握，呈非牛顿特性。对于高含沙非牛顿流体的研究，是通过使用与这种水流有相似黏滞性的高聚物来进行的，它的流速可以从颗粒图像测速仪的数据中反映。实验采用在黄河下游济南段河床上收集到的泥沙和在市场上买到的高岭土模拟的含沙水流，利用共轴圆柱流变仪和平行平板流变仪，开展了黏滞性实验、管流实验、明渠实验研究，实验观测内容包括摩阻系数、雷诺数、体积含沙量和平均流速。实验结果证实：①在两种流体中，黄河泥沙水流和高岭土水流摩阻水头损失系数都随含沙量增大而增大。当浓度为10％时，黄河泥沙水流和高岭土水流的摩阻水头损失系数分别是纯水中的1．3倍和1．28倍，黄河泥沙水流更高一点。     

聚氨酯在水轮机抗空蚀运用中的探讨

通过深入分析水轮机产生空蚀的机理,探讨了聚氨酯材料的特性,认为用聚氨酯作为水轮机过流部件的涂层材料,可充分发挥其允许弹性形变大、高抗磨损性的优点,从而有效提高水轮机过流部件的抗空蚀性能,其作为水轮机过流部件的涂层材料将有广阔的应用前景。     

富春江水电站溢流坝空蚀及改善措施的探讨

富春江溢流坝鼻坎在经过10年运行后,发现鼻坎处遭受程度不同的空蚀。本文针对该工程运用中的实际问题,通过水工大气模型试验、减压模型试验及原型观测,探讨了发生空蚀的主要原因,是由于溢流坝闸门操作运行不当,在闸墩后部引起竖轴涡流及闸墩尾流等影响所造成。文中提供了上述不良流态所导致的负压分布资料和大幅度脉冲记录,并论述了鼻坎末端产生空蚀的原因。为能解决这一实际问题,文中提出了安全运行措施的方案。通过试验证明,所提方案对避免本工程的空穴流是有效的。     

细颗粒含量对粗颗粒两相高含沙水流流动特性的影响

本文通过实验,研究了细颗粒(≤0.01mm)含量对粗颗粒两相高含沙水流流动特性的影响。对于纯粹由细颗粒组成的伪一相悬浮液来说,其流速分布具有典型的宾汉体流速分布的特点,存在明显的流核。管路固体输送中习惯采用的压差-流速关系,可以通过阻力系数-雷诺数关系加以理论上的阐明。对于粗颗粒两相高含沙水流来说,细颗粒的存在,大幅度降低了粗颗粒的沉速,使一部分推移质转化为悬移质,从而改变了水流的流动特性。具体表现为流速及含沙量分布趋于均匀化,阻力损失减小,但当细颗粒含量超过某一临界值以后,继续增大细颗粒含量将会使阻力损失回增,根据流动的宾汉体中粗颗粒泥沙的沉积随流速的变化,可以得出水流的紊动将会影响悬浮液的宾汉结构的推论。     

空蚀对水工建筑物的危害及其防止

空蚀对建筑物的破坏性很大。本文从分析空蚀产生的原因、机理入手，详细阐述了常见的建筑物的空蚀现象和发生部位，并提出了相应的防治措施。