张 广，魏显著，刘万江

（1. 水力发电设备国家重点实验室，哈尔滨 150040；2. 哈尔滨电机厂有限责任公司，哈尔滨150040）

0 引言

我国水轮机的泥沙磨损问题十分突出，含沙水对水轮机的效率和使用寿命产生极大的负面影响。据估计，我国有 20%～25% 的水电机组遭受不同程度的泥沙磨损危害，每年因水轮机过流部件磨蚀破坏而停运或检修引起的电能损失有20～30亿kWh[1,2]。

水轮机内部的泥沙磨损问题与河流泥沙属性、水轮机运行工况等因素关系密切，研究人员针对水轮机内部泥沙固液两相流动问题，在数值研究方面开展了大量的工作。目前固液两相流动的数值求解常用的模型主要有颗粒群轨道模型和两流体模型，李琪飞等人[3]使用两流体模型和SIMPLE算法，分析了水轮机蜗壳、导水部件泥沙的分布规律，预测易磨损部位。齐学义等人[4]采用Mixture模型，研究了含沙水条件下不同的活动导叶相对位置对导叶区内部流态及对水轮机效率的影响。刘小兵等人[5,6]考虑了固液两相间速度的滑移，以及颗粒间的作用，建立了固液两相流中的k-ε双方程湍流模型，预测了固液两相流动特性和颗粒对过流部件的磨损。

基于以上研究，本文应用固液两流体模型，综合考虑泥沙沉降作用、固体颗粒受到的相间作用力及湍流扩散影响，以计算流体软件CFX为平台建立了水轮机泥沙流动数值计算模型，详细的分析了不同泥沙介质流动条件下水轮机导叶区泥沙介质及压力的分布规律，以其为多泥沙电站水轮机设计提供参考。……