水力機械兩相流綜述

1、水力機械兩相流綜述水力機械兩相流綜述摘要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，產生空蝕，磨損和空化的聯(lián)合作用，相互促進，會導致非常嚴重的磨蝕。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部

2、流動特性的研究具有重要的理論意義與實際應用價值。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，空化磨損發(fā)展。關鍵詞：水力機械；空化；磨損；兩相流2.2.空化的研究進展空化的研究進展空化是一種液體現(xiàn)象，當液體溫度一定時，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)水流產生空化的可能性189

3、4年雷諾(Reyrolds)在一篇論文中詳細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

4、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遭到破壞。經研究，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。這時空化的嚴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生的壓力”一文，對人們認識空穴的性態(tài)做出了重大貢獻，比較

5、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上Plesset進一步研究得到了著名的RayleighPlesset方程形成了空泡動力學的基礎。RdtdRRvdtdRtdRdRtPtPB11222124)(23)()(?????????R為球狀空穴半徑；為液體密度；為液體運動粘性系數(shù)；是空穴內部1?1v)(tPB壓力；為來流壓力；是表面張力。RayleighPlesset方程以一種瞬變的形)(tP??式給出了氣泡動力學方面的非線

6、性表述。也就是在假設空泡為球狀時，說明了在不同壓力條件下氣泡界面和半徑上的粘性、表面張力、慣性的相互關系。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20年代，空化空蝕現(xiàn)象作為一個專題才開始進行研究。關于空化產生機理由于液體結構還不十分清楚目前尚無明顯的理論說明。有些學者提出過某些