水沙流动特性对水轮机磨损影响综述

朱　雷　陆　力　陈　莹　孟晓超

（中国水利水电科学研究院水力机械实验室，北京　100038）

摘　要：泥沙磨损会造成水轮机材料破坏、效率下降，给电站造成经济损失并危害其安全运行。磨损的机理十分复杂，与泥沙、流动和材料等因素有关。本文介绍了水沙流动特性对水轮机泥沙磨损影响研究的进展情况，首先介绍了磨损数学模型和试验研究情况，大量的研究表明磨损量与速度之间存在n次指数关系，利用这些模型和试验结果可以预估材料的磨损特性，但这些模型忽略了泥沙颗粒群局部不均匀性和相间速度滑移，会导致磨损量计算误差大。采用数值模拟（CFD）方法可以计算得到颗粒相的局部浓度分布和速度场，结合磨损数学模型实现对水轮机磨损的区域和强度的预测，其缺点是模拟结果受计算模型和数值方法的影响较大，需要试验数据的验证。近年来采用固液两相流PIV测试技术对两相流场进行测量可以较准确地得到颗粒运动情况和详细的水沙流场信息，揭示泥沙流动对材料作用的规律，目前已经取得了一些进展。总的来说，关于离散相（沙粒群）的运动规律、水沙与材料磨损的过程机制及基于流场特性的泥沙磨损精准预估等问题的研究仍有待深入。

关键词：水轮机；泥沙磨损；水沙两相流动；磨损预估