不同含沙量不同流速下水轮机磨蚀性能研究

为了更加科学地防治和减轻水轮机泥沙磨蚀危害,对其磨蚀特性进行了研究.采用黄河原型沙配制含沙水流,对1Cr18 Ni9Ti、ZGOCr16Ni5Mo材质的水轮机过流部件进行磨蚀试验.结果表明:当含沙量相同时,过流部件材料的磨蚀失重量随着流速的增大而增大;当流速相同时,磨蚀失重量随着流体含沙量的增大而增大;在试验含沙量10～100 kg/m3范围内,过流部件材料的磨蚀失重率随流速的增大而增大,磨蚀失重率与流速呈幂函数关系.     

吸出高度对水轮机磨蚀影响的试验研究

用增压式水机磨蚀装置模拟水轮机吸出高度变化，在天然黄河水质中进行了磨蚀试验，研究认为，无论是清水还是浑水，靡蚀失重率在某一Ｈｓ时均存在峰值，含沙量增加，峰值增加，峰值对应的Ｈｓ值减小，说明泥沙对磨蚀有促进作用，减轻磨蚀效果的Ｈｓ应在大含沙量失重率峰值两侧一定范围内选取。     

水流含沙量对磨蚀的影响

在前人进行的基础上，分析了含沙量对磨损和气蚀的影响，提出了由湍流猝发现象而引起的扫荡磨损的概念，认为含沙量的增加将增加小角度微切削破坏作用和扫荡磨损，降低单颗粒泥沙的破坏作用，含沙量小时促进气蚀，而含沙量大时则制约气蚀，提出了临界含沙量SCr有可能不存在的情况，解释了文献[1],[2]的结论。     

吸出高度对水轮机磨蚀影响的试验研究

用增压式水机磨蚀装置模拟水轮机吸出高度（Ｈｓ）变化，在天然黄河水质中进行了磨蚀试验．研究认为，无论是清水还是浑水，磨蚀失重事在某一Ｈｓ时均存在峰值．含沙量增加．峰值增加．峰值对应的Ｈｓ值减小．说明泥沙对磨蚀有促进作用．减轻磨蚀效果的Ｈｓ应在大含沙量失重率峰值两侧一定范围内选取．     

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。     

混流式水轮机的磨蚀机理

本文通过水轮机在浑水运行时的磨蚀迹线,分析各过流部件不同部位的磨蚀机理,以期从中得出较有效的治理磨蚀的途径与措施.     

水轮机叶片CrMnN抗磨蚀涂层的组织结构与性能研究

应用透射电子显微镜和金相显微镜研究了ＣｒＭｎＮ涂层的显微组织及其微观结构。其显微组织为初晶奥氏体和共晶体，而共晶体为奥氏体和Ｃ或Ｎ或Ｂ的化合物，Ｃ或Ｎ或Ｂ的化合物的主要存在形式为（Ｆｅ，Ｃｒ）２３（Ｃ，Ｂ）６，（Ｆｅ，Ｃｒ）７（Ｃ，Ｂ）３，Ｆｅ２Ｂ。涂层与基体的结合强度为５４６２２ＭＰａ，涂层的抗磨蚀能力是ＺＧＯＣｒ１６Ｎｉ５Ｍｏ钢的６５倍。     

小浪底水库异重流垂线流速和含沙量分布研究

对小浪底水库异重流断面流速和含沙量垂线分布进行了研究,结果表明:异重流断面垂线最大流速点下的流速分布符合指数分布,最大流速点上部流速分布可按照高斯正态分布计算,含沙量垂线分布符合常数为最大含沙量的抛物线分布。据此结果导出了异重流垂线流速分布公式和含沙量垂线分布公式,可以较好地模拟小浪底水库异重流断面流速和含沙量的垂线变化规律。     

高浓度水流流速仪的研制与应用

作为一种复杂的固液两相流动，高浓度水流由于固体颗粒浓度高、颗粒级配宽及流动的可视性差等特点，致使其测流一直成为制约高浓度水流运动机理研究的瓶颈性问题。本文依据毕托管工作原理，通过液压传感方式感应测量高浓度水流动水压力和计算机数据采集处理等方法，成功地研制了新型感压式高浓度水流流速仪，并在室内天然沙与粉煤灰高含度水流试验中得到了应用。该流速仪研制成功为进一步研究高浓度水流流速分布规律、揭示其水流结构与输沙机理创造了有利条件。     

黄河上水电站水轮机磨蚀及防护的研究

在我国多泥沙河流中,黄河上水电站水轮机的磨蚀最具典型性＇其磨蚀与水轮机的参数、机型、比转速、运行环境、工况、水头等有密切的关系。根据其磨蚀规律,水轮机的磨蚀防护一般采用涂层防护、合理利用水库排沙措施、优化水轮机结构、合理选型和优化材料等综合措施,取得了较好的效果。总结其磨蚀规律,探索新的防护措施,对进一步提高我国多泥沙河流水电站的运行管理水平,有着重要的意义。     

三峡工程水轮机的浑水特性和磨损特征

针对三峡工程水轮机的运行特点，采用长江天然泥沙进行了三峡水轮机模型浑水试验研究，其目的是了解水流挟沙对三峡水轮机性能的影响、水轮机转轮内泥沙磨损部位及相对强度等，为真机防护及运行提供依据．试验在中国水利水电科学研究院水力机电研究所高精度水力机械通用模型浑水试验台上进行．试验内容包括清浑水能量试验、清浑水临界空化性能与初生空化性能试验、清浑水水压脉动试验和泥沙磨损试验．结果表明，在三峡水电站过机泥沙条件下，水流挟沙对水轮机效率、运行工况及水压脉动的影响很小，而对初生空化影响比较大，即随着含沙量的增大，初生空化系数有增大的趋势．此外，为减轻磨损，汛期浑水工况下水轮机应尽量避免过大开度或超负荷运行，转轮抗磨防护重点部位为叶片出水边和下环内侧面．     

三峡水电站过机水流指标检测下的水轮机磨蚀机理浅析

对三峡水电站左岸过水轮机水流的各项物理指标以及水轮机的磨蚀状况进行了监测,并以测得的各项物理指标与水轮机的真实磨蚀状况为基础对水轮机的磨蚀机理进行了浅析。分析得出了通过现场观察,数值模拟等手段可以较为准确的预测水轮机未来的磨蚀情况,也可为检修机制的转变提供依据。     

泥沙粒径级配对水轮机材料磨蚀性能的影响

为了用更加科学的方法防治和减轻黄河上水电站的泥沙磨蚀,有必要对水轮机的磨蚀特性进行系统研究。磨蚀特性与泥沙粒径及级配有直接的关系,为此对不同沙粒级配下水轮机材料磨蚀进行研究,总结出材料磨蚀与沙粒粒径关系的一般规律,并找出关键数据和临界参数,为水轮机泥沙磨蚀的防护提供依据。     

泥石流泥沙体积浓度之研究

本研究系探讨泥石流先端部和整体平均 (包括先端部及后续水流 )泥沙体积浓度随着溪床坡度之变化规律 ,以及其纵剖面泥沙体积浓度沿着水深的分布特性。经采用其他研究者渠槽试验资料进行检定及验证后发现 ,当系数 ξ=0 .1 时 ,本研究所提出泥石流平衡泥沙体积浓度之半经验公式 ,不仅可模拟泥石流先端部泥沙体积浓度随着溪床坡度之变化趋势 ,亦可适于推估不同溪床坡度下之泥石流整体平均泥沙体积浓度。同时 ,本研究也应用最大熵原理及平衡泥沙体积浓度半经验公式 ,导出了纵剖面泥沙体积浓度分布之理论公式 ,经Tsubaki实测资料验证结果显示 ,本文模式可以掌握纵剖面泥沙体积浓度之分布趋势而优于Tsubaki及Chen两研究者之理论公式。     

挟沙水流泥沙浓度分布的试验研究

通过挟沙水流泥沙浓度分布的试验，研究泥沙浓度和紊动强度沿垂线的分布之间的内在联系，试验结果表明泥沙浓度和紊动强度沿垂线的分布一致性较好，建立了泥沙浓度和紊动强度沿垂线分布之间的关系式。分析了关系式中泥沙浓度、泥沙的中值粒径对系数K的影响，中值粒径的影响较泥沙浓度对系数K的影响大，系数K随中值粒径的减小明显减小。并在此基础上进一步建立了泥沙浓度与流速、流速梯度之间的关系式。     

水轮机内部湍流计算方法研究

概述了水轮机内部流动计算近几十年的发展历史与研究现状,介绍了水轮机内部三维流动计算的控制方程及其解法以及常用商业软件,总结了湍流的数值计算方法,重点讨论了湍流模型理论,并指出水轮机内部湍流计算正朝着全三维、小尺度、瞬时化处理发展。     

三种土壤质地工程堆积体坡面流速及产沙特征

生产建设项目工程堆积体由于土壤质地、砾石质量分数差异较大,导致侵蚀过程流速及产沙特性发生变化。通过人工模拟降雨试验,研究砂土、壤土及黏土3种土壤质地堆积体的流速与产沙特性。结果表明:①堆积体坡面流速在产流开始3 min内递增,随后趋于稳定;②小雨强时砂土堆积体侵蚀主要发生在产流的中后期,壤土堆积体发生在产流前期和中期,而黏土堆积体的侵蚀发生在整个降雨过程,21 min后的累计产沙量占次降雨总产沙量砂土、壤土和黏土堆积体分别为52.3%~95.6%、29.6%~44.9%和42.1%~50.0%;③产流历时、雨强与径流率、入渗率、流速、产沙率均呈显著相关性;④雨强增加1.5~2.0倍,3种土质堆积体侵蚀量增大1.2~39.8倍。相同雨强下砂土堆积体侵蚀量是壤土的6.0~6.3倍,是黏土的3.2~3.5倍;相同砾石质量分数下砂土堆积体侵蚀量分别是壤土和黏土的5.0~9.8倍和2.7~3.8倍。研究成果对于明确含砾石堆积体侵蚀过程机理具有重要意义,并为建立堆积体侵蚀预报模型奠定基础。     

水石流的输沙浓度与流动速度

自然界水石流以粗颗粒为主体 ,仍有一部分作悬移运动的细颗粒存在 ,这种情况下 ,水石流输沙浓度不仅与沟道纵坡有关 ,还与细颗粒含量有关。研究表明 ,水石流中细颗粒的存在 ,其输沙浓度比相同纵坡下没有细颗粒时有很大提高。由于水石流中细颗粒所占比重小 ,故其液相流速可以通过对一般水流流速公式的阻力因子进行修正获得。水石流的流速随其浓度增加而减少 ,在相同浓度下 ,水石流流速还因细颗粒含量大小而变化 ,在浓度较低时 (Sv <0 4 5 )影响还不明显 ,在浓度较高时 (Sv>0 4 5 ) ,细颗粒含量增加 ,使同浓度水石流的流动速度提高。笔者求得的水石流流速公式 ,经实际观测资料检验 ,结果满意     

固液两相流中水轮机基本方程式及相似准则

本文先建立了固液两相流中水轮机基本方程式,并对基本方程式进行了定性分析,得到液相和固相出口速度三角形的适当组合,可以获得既具有较高能量性能,又具有较好气蚀性能的水轮机转轮;按清水条件设计的转轮,在固液两相流中运行时,其能量性能和气蚀性能均不很理想。然后系统地建立了固液两相流中水轮机的相似准则,得到了单元工作量的表达形式。     

含沙高速水流的磨蚀机理和掺气抗磨作用

含沙高速水流易引起过流面材料的磨蚀破坏。本文探讨了泥沙磨蚀机理,提出了影响磨蚀的因素;基于紊流猝发理论,建立了混凝土材料壁面磨蚀率的计算公式;根据试验数据导出了掺气水流中混凝土材料壁面磨损率的经验公式。研究表明,含沙水流对固壁材料的磨蚀率随掺气浓度、材料强度的增大而减小,随水流流速、含沙量的提高而增大。利用掺气可有效地降低过流表面的泥沙磨蚀率。