邸娟,王顺森,蒋希航,颜晓江,周伟

(1.太原科技大学机械工程学院,030024,太原;2.西安交通大学能源与动力工程学院,710049,西安;3.纽约州立大学石溪分校机械工程系,11794,美国纽约;4.中南大学轨道交通安全教育部重点实验室,410075,长沙)

火电和核电凝汽式汽轮机的末级叶片长期工作在湿蒸气区,在运行过程中常常遭受严重的水滴冲蚀。冲蚀不仅会导致叶片的气动性能恶化,降低级效率,而且威胁汽轮机的安全运行,是目前亟需解决的关键问题。随着汽轮机末级叶片发展得越来越长,如不采取有效措施,水蚀现象将变得更严重。

目前常用的防水蚀措施主要为2种:主动式和被动式防水蚀。主动式防水蚀是指从汽轮机结构设计方面减少有害水滴的产生。被动式防水蚀是指采用更抗水蚀的叶片材料或针对叶片易水蚀的区域进行强化。被动式防护的核心问题为高速固液撞击引起的材料损伤。研究高速液固撞击机理可为提高叶片水蚀防护能力提供关键性的意见或建议。关于汽轮机叶片水蚀及高速液固撞击问题,国内外许多学者进行了大量研究。

在数值模拟方面,国内外许多研究者尝试利用基于有限元的数值方法来讨论材料的水蚀问题。数值方法不仅能够灵活便捷地针对不同因素(如材料类型、颗粒速度、尺寸、形状和冲击角等)的水蚀行为进行模拟,而且可以大大节约试验周期和成本。Mabrouki等使用任意欧拉-拉格朗日耦合方法(ALE)对弹塑性材料铝合金(A2024T3)进行了数值模拟分析,模拟结果很好地展示了撞击过程中射流和靶材的运动[11]。……