[01113709]高含沙水流下双吸泵内稠密固相的轨迹特性及磨蚀研究

①课题来源与背景：在当前我国两大流域水土保持和水资源环境持续恶化的条件下,农田灌溉、河床清淤和水力发电等领域内面临过流高浓度含沙水所导致的水力机械泥沙磨蚀破坏的特殊问题,无论是含稠密离散介质固液两相流的流动轨迹特性研究,还是水力机械过流部件磨蚀规律的研究都是目前和今后流体动力机械领域亟待解决的难点问题。本项目既涉及这两大内容,又在整体上体现了这两个研究问题的结合,研究内容和结果具有理论参考价值。 ②研究目的与意义：开展双吸泵内含稠密离散相固液两相流中,固相颗粒的运动规律、颗粒与过流部件材料表面的相互撞击过程以及对过流部件的磨蚀预测问题的研究,为揭示双吸泵输送含稠密固相介质的固液两相流下稠密相的运动轨迹规律,预测双吸泵输送含稠密固相介质的固液两相流下冲蚀磨损特性提供理论参考。 ③主要论点与论据：采用对不同密度的固相颗粒在清水介质内的运动进行数值计算,在固相颗粒控制方程中考虑固相颗粒自身受力、颗粒之间的相互作用以及固相体积分数对液相流动的影响,通过改变入射颗粒粒径、密度和固相体积分数,并分析相对应物理属性的固相颗粒运动轨迹和在过流部件上的质量浓度分布,获得稠密离散相颗粒在计算域内的运动轨迹特性以及与过流部件表面的碰撞过程。通过分析稠密固相颗粒在计算域内的轨迹特性和建立以粒径分布、固相体积分数、固相颗粒的速度,冲击角度、材料硬度等作为有效参数的磨蚀预测模型,进而找出机构部件的冲蚀磨损部位,并获得一定时间内磨蚀部位单位面积上的磨蚀率,对水力机械过流部件冲蚀磨损破坏机理分别进行定性和定量的分析。 ④创见与创新：以景电工程中的双吸泵为研究对象,采用数值计算和试验相结合的方法对含沙水工况下过流部件磨损进行了研究,并建立了颗粒参数与过流部件表面磨损的内在关联。将Mclaury和OKA磨损模型中的关联因子函数进行了推导和比较,对影响过流部件磨损的环境因素、颗粒物性和靶材性质所包含的影响因子与磨损进行关联,在数值计算与试验结果相吻合的前提下,最终选取颗粒粒径、形状系数、颗粒体积分数和颗粒速度为影响因子,对离心泵输送不同含沙水条件下过流部件表面的磨损机理进行了参数关联性分析。为了解决目前对水力机械过流部件进行磨损试验时存在试验成本高、试验效率低的问题,本课题研发流一种水力机械过流部件快速磨损试验装置,该装置现已申请国家发明专利,申请号为：CN201710556914.X。 ⑤社会经济效益：本项目的研究结论和相关分析、研究方法对固液两相流泵水力设计和结构设计提供了优化方向,项目的进一步深入研究和推广为两相流泵抗磨损性能的提高提供了参考。 ⑥历年获奖情况：无获奖。