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含沙水对离心泵空化及磨损影响的数值分析

含沙水对离心泵空化及磨损影响的数值分析

作者：庞辉西华大学

学位级别：硕士

离心泵作为核心装置在水力输送、提水灌溉、抗洪排涝工程以及国民经济的各个领域中都起到了至关重要的作用。同时我国河流属于多泥沙河流,离心泵在输送水流过程中,都会不同程度的夹杂泥沙以及固体杂质,而这些固体颗粒必然会造成离心泵... 详细信息

离心泵作为核心装置在水力输送、提水灌溉、抗洪排涝工程以及国民经济的各个领域中都起到了至关重要的作用。同时我国河流属于多泥沙河流,离心泵在输送水流过程中,都会不同程度的夹杂泥沙以及固体杂质,而这些固体颗粒必然会造成离心泵过流部件受到一定的磨损及空蚀破坏。在含沙水对离心泵过流部件快速破坏的机理研究方面,国内外学者提出三种观点:(1)空蚀空化作用造成离心泵过流部件的破坏(2)泥沙磨损造成离心泵过流部件的破坏(3)两者共同作用造成离心泵过流部件的破坏,因此当含沙水作为输送介质时,对离心泵内部流动特性、空化位置以及磨损规律的研究,确保其安全、稳定、高效的运行是具有重要意义的。本文以串联水泵在清水和含沙水条件下进行数值模拟计算分析,主要研究内容及结果如下:(1)依据离心泵的三维结构图及基本设计参数,借助专业的机械设计软件CFturbo,对该离心泵的过流部件进行三维建模,并通过UG10.0对离心泵三维模型进行优化,然后使用ICEM软件进行网格划分,最后利用CFX软件对离心泵全流道进行清水工况下的定常数值计算,结果显示清水介质条件下的离心泵内部流动特性满足离心泵理论设计要求,因而设计出来的离心泵适合进行以后的数值模拟。(2)考虑到离心泵进口处压力偏低,易发生空蚀空化,本文基于型号、尺寸均相同的两台离心泵串联,在同一流速和基本几何参数下,探索仅改变离心泵的进口压力条件,对比分析串联离心泵在输送不同含沙水工况时,泥沙磨损和空蚀空化中哪个是对离心泵过流部件破坏的主要原因,结果显示离心泵在输送含砂水介质时,通过提升含沙水进入叶轮进口处压力,能够起到抑制离心泵叶轮进口处发生空化的能力;而通过改变沙粒粒径、沙粒比重等工况条件,只能加强离心泵叶片吸力面进口处、压力面出口处等过流部件磨损强度,并未改变离心泵发生空蚀的位置和破坏程度。

关键词：离心泵含沙水数值模拟空化磨损

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微灌用含沙水非全流过滤模拟实验研究

中国农村水利水电 2019年第12期 38-42页

作者：赵佳奇田军仓夏天明特中卫市水务局宁夏中卫755000 宁夏大学土木与水利工程学院银川750021 宁夏节水灌溉与水资源调控工程技术研究中心银川750021 旱区现代农业水资源高效利用教育部工程研究中心银川750021

针对引黄灌区含沙水灌溉作物所造成的微灌设备堵塞问题,采用非全流过滤方法,在5 cm定水头(含沙量2 kg/m^3、进水流量0.69 m^3/h)情况下,设计了“PVC打孔滤水管+无纺布+石英砂+土壤”过滤装置,装置设有竖直滤水管(处理1)、短水平滤水管(... 详细信息

针对引黄灌区含沙水灌溉作物所造成的微灌设备堵塞问题,采用非全流过滤方法,在5 cm定水头(含沙量2 kg/m^3、进水流量0.69 m^3/h)情况下,设计了“PVC打孔滤水管+无纺布+石英砂+土壤”过滤装置,装置设有竖直滤水管(处理1)、短水平滤水管(处理2)、长水平滤水管(处理3)三套处理对引黄灌区含沙水进行非全流过滤实验,研究结果表明:①以单位时间、单位长度管道滤出水流量观测,处理2流量最大;②装置滤出水含沙量较低,可用于微灌;③装置滤出水中泥沙颗粒粒径较小,装置除沙效果较好。

关键词：含沙水非全流过滤装置

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离心泵输送清水和含沙水时滑移系数的变化

兰州理工大学学报 2015年第3期41卷 59-63页

作者：赵万勇葛靖国兰州理工大学能源与动力工程学院甘肃兰州730050

应用Fluent软件对离心泵进行清水和含沙水的数值模拟,分析离心泵在输送清水和含沙水时的滑移系数变化.结果表明:滑移系数的变化与扬程有关;泵在输送清水和含沙水时滑移系数差异较大,且滑移系数随流量的增大而迅速减小;含沙水体积分数较... 详细信息

应用Fluent软件对离心泵进行清水和含沙水的数值模拟,分析离心泵在输送清水和含沙水时的滑移系数变化.结果表明:滑移系数的变化与扬程有关;泵在输送清水和含沙水时滑移系数差异较大,且滑移系数随流量的增大而迅速减小;含沙水体积分数较小时,滑移系数随粒径的增大而增大,扬程也伴随升高;体积分数增大,滑移系数随着沙粒粒径的增大而减小,随着体积分数的增大而递减剧烈,扬程随之降低.

关键词：离心泵含沙水滑移系数数值模拟

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黄河含沙水非全流过滤装置过滤效果实验研究

黄河含沙水非全流过滤装置过滤效果实验研究

作者：赵佳奇宁夏大学

学位级别：硕士

本文针对引黄灌区含沙水微灌堵塞问题,立足宁夏大学含沙水过滤实验基地,采用对比实验方法,设计了“PVC打孔滤水管+无纺布+石英砂+土壤、无砂混凝土管+无纺布+石英砂+无纺布”两种含沙水非全流过滤装置,并进行了过滤效果实验研究,为黄河... 详细信息

本文针对引黄灌区含沙水微灌堵塞问题,立足宁夏大学含沙水过滤实验基地,采用对比实验方法,设计了“PVC打孔滤水管+无纺布+石英砂+土壤、无砂混凝土管+无纺布+石英砂+无纺布”两种含沙水非全流过滤装置,并进行了过滤效果实验研究,为黄河流域含沙水微灌推广提供理论依据,对现代化生态灌区建设具有重要意义。研究结果如下:(1)设计研发的“PVC打孔滤水管+无纺布+石英砂+土壤”含沙水非全流过滤装置,在定水头5cm情况下,对2 kg/m3的含沙水进行非全流过滤实验,结果表明:三套装置处理分别滤水时,单位时间、单位长度管道滤出水流量由高到低依次为:处理2(6.99L/h/m)>处理1(6.07L/h/m)>处理3(2.48 L/h/m);三套装置处理平均滤出水含沙量最大值为0.43 kg/m3,对应最大泥沙颗粒粒径为0.12～0.14 mm(所占比例0.05%),滤出水含沙量随时间延长呈现逐渐减小趋势,7天之后,滤出水含沙量已经太小,无法经仪器测出,滤出水可用于滴灌。滤出水中大于0.1 mm的泥沙粒径约占0.4%,除沙率达到95.5%以上;滤出水流量随时间延长呈现减小趋势,装置运行113天,滤出水流量降到初始滤出水流量的50%,此后滤出水流量基本稳定。(2)设计研发的“无砂混凝土管+无纺布+石英砂+无纺布”含沙水非全流过滤装置,对含沙量为0.5 kg/m3的湖泊水进行非全流过滤实验,结果表明:变水头情况下,装置滤出水流量随水头增大呈现增大趋势,实验环境中水头最高52cm,对应滤出水流量5.3m3/h,且能保证水泵连续抽水11 h不断流,实验中滤出水含沙量最大值为0.24 kg/m3,对应滤出水中最大泥沙颗粒粒径为0.26～0.28 mm(所占滤出水中泥沙总含量比例0.07%),滤出水中>0.1 mm粒径泥沙约占6.16%。经装置过滤后的水质可用于微喷灌、喷灌;滤后水再经160目(96μm)滤网过滤器可用于滴灌:水头在40-53cm之间,装置滤出水流量能保证在2.85～3.45m3/h以上,连续出水9.2h不断流。

关键词：引黄灌区含沙水非全流过滤装置

清水和含沙水中20SiMn和0Cr13Ni5Mo钢的空蚀行为

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金属学报 2001年第2期37卷 197-201页

作者：柳伟郑玉贵姚治铭吴欣强柯伟中国科学院金属研究所金属腐蚀与防护国家重点实验室沈阳110016

利用超声振荡空蚀实验机对两种主要的水轮机用金属材料进行了清水和含沙水条件下的空蚀行为研究．结果表明，高硬度的０Ｃｒ１３Ｎｉ５Ｍｏ不锈钢抗清水和含沙水的空蚀性能均显著高于低硬度的２０ＳｉＭｎ低合金钢．在清水空蚀中０Ｃ... 详细信息

利用超声振荡空蚀实验机对两种主要的水轮机用金属材料进行了清水和含沙水条件下的空蚀行为研究．结果表明，高硬度的０Ｃｒ１３Ｎｉ５Ｍｏ不锈钢抗清水和含沙水的空蚀性能均显著高于低硬度的２０ＳｉＭｎ低合金钢．在清水空蚀中０Ｃｒ１３Ｎｉ５Ｍｏ不锈钢均匀脱落，而２０ＳｉＭｎ低合金钢不均匀脱落，表面出现明显的空蚀坑.空蚀和沙子冲蚀磨损的联合作用使得两种材料在含沙水中的空蚀失重显著高于清水空蚀．０Ｃｒ１３Ｎｉ５Ｍｏ不锈钢在含沙水中的空蚀孕育期显著缩短．

关键词：清水含沙水 20SIMN低合金钢 0CR13NI5MO不锈钢空蚀

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含沙水中金属材质的耐磨研究

水动力学研究与进展（A辑） 2003年第5期18卷 667-670页

作者：陈晓山刘小兵四川工业学院四川成都610039 四川大学四川成都610065

　本文的研究是在排除汽蚀的情况下取自长江泥沙对十一种常用金属材质进行了纯磨损能力的研究。得到了含沙水流冲刷速度同各种金属材料磨损量的关系曲线以及沙水浓度同各种金属材质磨损量的关系曲线。这对于预测在含沙水流中工作的机器... 详细信息

　本文的研究是在排除汽蚀的情况下取自长江泥沙对十一种常用金属材质进行了纯磨损能力的研究。得到了含沙水流冲刷速度同各种金属材料磨损量的关系曲线以及沙水浓度同各种金属材质磨损量的关系曲线。这对于预测在含沙水流中工作的机器的使用寿命或选用耐磨材料以及对于沙水中快速磨损机理的研究都具有重要意义。

关键词：含沙水金属材质耐磨泥沙使用寿命磨损机理泥沙冲刷磨损量测试

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含沙水滴灌条件下灌水器抗堵塞试验研究

灌溉排水学报 2010年第2期29卷 7-10页

作者：姜珊范兴科叶成恒中国科学院水利部水土保持研究所陕西杨凌712100 中国科学院研究生院北京100049 西北农林科技大学陕西杨凌712100

对4种不同滴灌管(带)在含沙水滴灌条件下灌水器的出流量变化及淤积堵塞情况进行了田间试验研究。经过多次灌水试验,结果表明,4种滴灌管(带)灌水器出流量均随灌水次数的增加和距离毛管进水口长度的增加呈减小趋势,最后完全堵塞的灌水器... 详细信息

对4种不同滴灌管(带)在含沙水滴灌条件下灌水器的出流量变化及淤积堵塞情况进行了田间试验研究。经过多次灌水试验,结果表明,4种滴灌管(带)灌水器出流量均随灌水次数的增加和距离毛管进水口长度的增加呈减小趋势,最后完全堵塞的灌水器均发生在毛管的末端;在相同水质和灌水压力下,大流量灌水器抗堵塞性能较好,即大流道灌水器的抗堵塞性能优于小流道灌水器;随着灌水次数的增加在滴灌管(带)的管腔内有细小泥沙淤积,小流量滴灌管(带)在70～80 m处泥沙淤积量骤然增加,大流量滴灌管(带)在80～90 m处骤然增加,管内泥沙的沉积大大增加了灌水器的堵塞几率,因此定期对滴灌带进行冲洗可以有效减小堵塞。

关键词：含沙水滴灌管(带) 抗堵塞流量泥沙粒径

含沙水中长短叶片混流式水轮机内部流动特性研究

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中国农村水利水电 2019年第9期 220-223页

作者：朱乔琦袁帅邓聪刘小兵西华大学流体及动力机械教育部重点实验室

采用Partical两相流模型对高泥沙河流高水头电站长短叶片混流式水轮机小流量工况内部固液两相流动特性,进行了全流道三维湍流计算。计算结果表明:转轮低压区主要集中在叶片出口区域,最低压力发生在长叶片背面靠近出口处,长短叶片的头部... 详细信息

采用Partical两相流模型对高泥沙河流高水头电站长短叶片混流式水轮机小流量工况内部固液两相流动特性,进行了全流道三维湍流计算。计算结果表明:转轮低压区主要集中在叶片出口区域,最低压力发生在长叶片背面靠近出口处,长短叶片的头部和尾部的泥沙体积分数均较高,其中长叶片正面靠出口处泥沙相体积分数最大,与实际电站长叶片正面出口区域泥沙磨损严重较吻合。

关键词：长短叶片混流式水轮机含沙水内部流动数值模拟

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含沙水中混流式水轮机三维内流场的数值模拟

含沙水中混流式水轮机三维内流场的数值模拟

作者：欧顺冰西华大学

学位级别：硕士

我国水力资源丰富，水力资源理论蕴藏量6.89亿kW，技术可开发装机容量4.93亿kW，经济可开发装机容量为3.95亿kW。显然，在我国开发水电的潜力及意义都相当大。水轮机作为水电站运行的核心部件，对水电站的整体性能起着决定性的影响。水... 详细信息

我国水力资源丰富，水力资源理论蕴藏量6.89亿kW，技术可开发装机容量4.93亿kW，经济可开发装机容量为3.95亿kW。显然，在我国开发水电的潜力及意义都相当大。水轮机作为水电站运行的核心部件，对水电站的整体性能起着决定性的影响。水轮机技术研究一直伴随着水电行业的开发在不断地发展。由于我国特有的自然环境，河流中水质的特点之一就是含沙量较大。据统计，黄河三门峡段年平均含沙量达37.6kg/m~3，就长江来说，年平均输沙量已达5.14亿吨，三峡库区年平均含沙量1.17kg/m~3，最大达10.5kg/m~3，黄河刘家峡电站年进入水轮机转轮的平均含沙量也在20kg/m~3左右。水轮机过流部件的泥沙磨损问题已成为影响水电站运行的重要问题。因此，对固液两相流的水轮机内流场的研究分析具有重要的理论意义和现实意义。本文以一混流式水轮机为研究对象，建立了水轮机的全流道三维几何模型，应用流体动力学计算软件对其内部流动进行了数值模拟，通过所得到的计算结果对该混流式水轮机的内部流动情况进行了分析。本课题研究的主要成果如下： 1.根据所选水力机组的二维设计图纸及具体设计参数，利用UG NX6.0软件建立了水轮机蜗壳、导水机构、转轮和尾水管的三维几何模型，并将其输出的水轮机三维模型parosolid格式的文件导入ANSYS ICEM CFD网格划分软件中，分别对各个过流部件进行了网格划分与网格质量检查。 2.将由ANSYS ICEM CFD软件输出的*.cfx5格式的网格文件导入到ANSYS CFX软件中，应用流体动力学基本理论知识对水轮机各过流部件计算模型的边界条件进行了设定，计算出了清水、含沙水情况下水轮机各过流部件的内流场分布结果。 3.应用ANSYS CFX-POST后处理软件处理求解的结果，得到一些工况下水轮机内部流动的速度矢量分布、压力等值线分布、泥沙体积分数值分布及各工况的流线情况，分析了流体的速度变化、压力变化、流动状态及浓度分布变化。 4.比较和分析混流式水轮机各工况下的内部流动特点，获得水轮机各过流部件的内流场流动信息，从定性与定量的角度对水轮机的性能进行了一定程度的评价。

关键词：含沙水固液两相流混流式水轮机数值模拟 ANSYS CFX