湍流擬序結(jié)構(gòu)下的空蝕與泥沙磨損聯(lián)合作用研究.pdf

1、中國(guó)許多河流的含沙量較大,如著名的黃河干流年均含沙量達(dá)37.9m<'3>/s,黃河三門(mén)峽的年平均輸沙量達(dá)16億t,這些地區(qū)使用的泵、水輪機(jī)等許多流體機(jī)械都在夾沙水流的作用下,受到了沙粒磨損與空化剝蝕的聯(lián)合破壞,這種破壞直接危害了水利水電工程的安全運(yùn)行,造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失,因而對(duì)含沙水流條件下空化剝蝕與泥沙磨損聯(lián)合作用進(jìn)行研究有著很大的工程實(shí)際意義.對(duì)于空蝕與泥沙磨損聯(lián)合作用的現(xiàn)象,國(guó)內(nèi)外的許多學(xué)者都進(jìn)行了研究,在宏觀的角度從流體機(jī)械的

2、材質(zhì)、機(jī)構(gòu)、并經(jīng)濟(jì)設(shè)計(jì)等方面、在水流內(nèi)部特性的角度從氣、固、液多相流的理論、試驗(yàn)、計(jì)算等方面都作了許多工作,但由于空蝕與磨損的聯(lián)合作用這一現(xiàn)象涉及到了諸多方面的學(xué)科,以及復(fù)雜的力學(xué)過(guò)程因而還有許多問(wèn)題沒(méi)有弄清楚,留下了較多不同的、甚至相反的觀點(diǎn)、理論與試驗(yàn)結(jié)果.該文考慮從湍流的近壁擬序結(jié)構(gòu)對(duì)近壁區(qū)小粒徑的空泡與固體顆粒的運(yùn)動(dòng)規(guī)律的影響這一角度出發(fā),對(duì)空蝕與泥沙磨損聯(lián)合作用的機(jī)理作一初步的探討.首先從理論上推導(dǎo)出在典型湍流邊界層模式的非擬

3、序結(jié)構(gòu)下空泡與固體顆粒的近壁區(qū)運(yùn)動(dòng)方程,然后推導(dǎo)出湍流近壁擬序結(jié)構(gòu)作用下的空泡與固體顆粒的近壁區(qū)運(yùn)動(dòng)方程,再將兩種不同條件下的運(yùn)動(dòng)方程進(jìn)行比較,指出湍流近壁區(qū)的擬序結(jié)構(gòu)對(duì)空蝕與磨損的發(fā)生具有決定性的意義,即正是由于擬序猝發(fā)作用的存在,才使得空泡、沙粒對(duì)壁面的空蝕與磨損作用得以發(fā)生.同時(shí)近壁擬序結(jié)構(gòu)還決定了處于湍動(dòng)狀態(tài)的夾沙水流中,沙粒對(duì)壁面的沖擊磨損必然是以微切削為主.最后用有關(guān)的結(jié)論對(duì)過(guò)去的空蝕與泥沙磨損聯(lián)合作用的一些試驗(yàn)<'[4]、