葛新峰，孙 洁，李 阳，吴 丹，张 雷，化洪昌

（1.河海大学能源与电气学院，江苏南京 210098；2.江苏理工学院，江苏常州 213001；3.黄河水利科学研究院，河南郑州 450003）

1 研究背景

在冲击式水轮机运行的过程中，水流会携带一定量的泥沙通过机组。对于一些泥沙含量较高的河流而言，喷射机构和转轮都会受到较为严重的磨损，从而造成射流质量下降、功率下降，运行维护成本增加，严重时还可能威胁到机组的安全稳定运行［1］。

对于冲击式水轮机磨损的研究，主要有实验研究和数值计算两种。但是由于实验研究的一些局限性，现在数值计算的方法更加普遍［2］。大多数学者将注意力放在了转轮斗叶内表面磨损的研究上，关注喷射机构磨损的学者较少［3-5］；然而，喷射机构的高速射流质量，会直接影响到转轮的动特性，因此，喷射机构也应是磨损研究应该关注的对象。Thapa［6］研究了泥沙对水力机械的冲蚀机理，认为泥沙造成磨损的根本原因是其携带的大量动能，泥沙在流速最高或是水流加速区域的磨损情况最为严重。曹永等［7］经过研究发现，泥沙颗粒对壁面的冲蚀磨损率与颗粒直径呈一定的函数关系。Messa等［2］研究发现，喷嘴和喷针是喷射机构中最容易受到磨损的部件，且喷嘴出口处的磨损更大。曾崇济等［1］对喷射机构自由射流的水固气三相流进行了三维非定常模拟，得到了泥沙直径与随流性、磨损位置的关系。Benzon等［8］和Jo等［9］研究了喷针顶角，喷嘴收缩角对喷射机构效率以及性能的影响。……