欧顺冰，刘小兵，曾永忠，王辉艳

（西华大学能源与环境学院，四川 成都 610039）

0 引 言

由于我国大多数河流中的含沙量较大，在其上运行的水轮机的磨蚀问题尤为突出，国内外专家在此领域作了大量的研究，Kojjle[1]研究并发现主要原因是空化问题、泥沙磨损以及材料的缺陷与疲劳。涉及到空化的水轮机部件主要是:混流式与轴流式水轮机转轮、尾水管锥管内，以及冲击式水轮机的喷针、喷嘴及转轮的水斗部位。降低空蚀与泥沙磨损作用的有效方式是改进水力设计、改进部件的制造生产、采用较好的抗磨材料及调整工况避免水轮机在空化严重的工况下运行。Neilson和Gilchrist[2]在材料总磨损仅由变形磨损引起的假设下，研究了垂直冲击角度情况下的总变形，同时也给出了变形因子与撞击颗粒的质量、速度、垂直冲击角度下的变形磨损关系。Bain et al.[3,4]也尝试开发出了基于实验设备所收集的数据与估计泥沙磨损率的关系式，并且给出相应计算公式与参数取值。

本文采用数值模拟技术，对某混流式水轮机转轮内流场进行了研究，分析了转轮叶片表面泥沙体积分数的分布，得出了一系列转轮内部流动的特征与规律，捕捉的泥沙体积分数特征对水力机械的耐磨设计、水力机械的耐磨材料的选择均具有指导作用，比如为了改善水轮机部件的沙粒磨损条件，在其结构设计方面，应使过水流道尽量符合水流平顺条件，避免流道突然转弯、扩大或缩小，使流速分布均匀[5,6]，同时也有助于深入研究流体力学自由颗粒磨损基本规律。……