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摘要: 水库建于多泥沙河流域上的抽水蓄能电站易受到泥沙颗粒对主要过流部件表面的磨蚀破坏。本研究基于标准 k-ε模型、颗粒运动方程和Mclaury磨损模型,采用欧拉-拉格朗日方法对水泵水轮机在过渡过程工况下的沙水流动特性和磨损预估开展数值模拟研究。结果表明:水泵水轮机在驼峰特性工况区的内部流动状态变化明显,发生明显的无叶区漩涡和叶道涡现象,机组沙水流量降低使高涡频率区域(TEF>1800 s-1)的空间占比从不足5%增长至超过30%,直接熵产率与间接熵产率提升幅度分别达到22.4%和34.6%。叶道涡和流动不稳定特性,导致颗粒运动轨迹紊乱,颗粒与旋涡的复杂耦合作用加剧了颗粒迁移路径的不确定性,转轮和导水机构内部的颗粒雷诺数提升3至5倍,三种工况下的颗粒与水流速度平均差分别约为0.7 m/s、6.4 m/s和3.3 m/s,低流量工况下颗粒动量富集区域主要分布于2#至#4通道和转轮流道出口,转轮内高动量区域面积超过30%。转轮叶片吸力侧和压力侧最大磨损率分别为8.3×10-8kg/(m2·s)和5.6×10-8 kg/(m2·s),不同叶片的平均磨损率差达到1至3倍,活动导叶表面磨损分布差异性较小,叶道涡对颗粒的富集现象产生较大影响,无叶区流道涡对颗粒的影响较弱。
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