水力機(jī)械兩相流綜述

1、水力機(jī)械兩相流綜述水力機(jī)械兩相流綜述摘要摘要我國(guó)大部分河流屬于多泥沙河流，含沙量均較高，對(duì)于運(yùn)行在這些河流上的水力機(jī)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(jī)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(jìn)，會(huì)導(dǎo)致非常嚴(yán)重的磨蝕。這不僅大幅度降低了水力機(jī)械的水力性能，而且在很大程度上威脅著水力機(jī)械安全穩(wěn)定性。因此，展開(kāi)含沙河流中水力機(jī)械內(nèi)部

2、流動(dòng)特性的研究具有重要的理論意義與實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。本文針對(duì)水利機(jī)械兩相流進(jìn)行論述，主要為液氣，液固模擬模型，空化磨損發(fā)展。關(guān)鍵詞：水力機(jī)械；空化；磨損；兩相流2.2.空化的研究進(jìn)展空化的研究進(jìn)展空化是一種液體現(xiàn)象，當(dāng)液體溫度一定時(shí)，降低壓力到某一臨界壓力時(shí)，液體會(huì)汽化或溶解于水中的空氣發(fā)育形成空穴，這種現(xiàn)象稱(chēng)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(jī)理論時(shí)曾意識(shí)到低壓流區(qū)水流產(chǎn)生空化的可能性189

3、4年雷諾(Reyrolds)在一篇論文中詳細(xì)報(bào)道過(guò)在實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)中發(fā)生的空化現(xiàn)象，介紹了水流進(jìn)入局部收縮管時(shí)，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(duì)船舶螺旋槳的影響，并于1895年建成了世界上第一臺(tái)，也是最簡(jiǎn)單的空化試驗(yàn)水洞。1895年，佛汝德(Fruode)等人對(duì)船殼的表面和底面進(jìn)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(huì)限制水下武器的運(yùn)行。1897年，人

4、們發(fā)現(xiàn)在船舶上使用的螺旋推進(jìn)器上，螺旋槳在很短時(shí)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(guó)、德國(guó)建造了空化水洞。同年，人們發(fā)現(xiàn)了空蝕對(duì)水輪機(jī)材料的侵蝕。1912年英國(guó)兩艘萬(wàn)噸級(jí)海輪高速運(yùn)行僅9個(gè)小時(shí)，其螺旋槳就被空蝕破壞地不能繼續(xù)航行。與此同時(shí)，德國(guó)和瑞典也報(bào)告了水輪機(jī)的空蝕情況。這時(shí)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(shí)產(chǎn)生的壓力”一文，對(duì)人們認(rèn)識(shí)空穴的性態(tài)做出了重大貢獻(xiàn)，比較

5、系統(tǒng)地提出了空化理論建立了描述自由空泡運(yùn)動(dòng)的方程在此基礎(chǔ)上Plesset進(jìn)一步研究得到了著名的RayleighPlesset方程形成了空泡動(dòng)力學(xué)的基礎(chǔ)。RdtdRRvdtdRtdRdRtPtPB11222124)(23)()(?????????R為球狀空穴半徑；為液體密度；為液體運(yùn)動(dòng)粘性系數(shù)；是空穴內(nèi)部1?1v)(tPB壓力；為來(lái)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(dòng)力學(xué)方面的非線

6、性表述。也就是在假設(shè)空泡為球狀時(shí)，說(shuō)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(guān)系。但由于處理移動(dòng)界面的困難使得早期尋求空泡潰滅的解析解研究進(jìn)展不大。后來(lái)人們對(duì)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(wú)粘流場(chǎng)中求解這顯然離解決實(shí)際問(wèn)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(gè)專(zhuān)題才開(kāi)始進(jìn)行研究。關(guān)于空化產(chǎn)生機(jī)理由于液體結(jié)構(gòu)還不十分清楚目前尚無(wú)明顯的理論說(shuō)明。有些學(xué)者提出過(guò)某些