一种应用于流体机械领域过流部件磨蚀程度的计算方法技术

本发明专利技术公开了一种应用于流体机械领域过流部件磨蚀程度的计算方法，该方法以边界微元化及边界重组为前提，基于磨蚀微分求积的思想，通过数值模拟方法得到磨蚀壁面的平均磨损率，建立了过流壁面磨蚀深度变化量与平均磨损率和磨蚀时间的数学模型和近似求解方法，预测了一个运行周期内，各时间阶段的过流壁面的渐变磨蚀形态，从而分析研究渐进磨蚀机理以及边界壁面磨蚀形态的演化过程，为流体机械过流部件的结构设计和磨蚀防护方面提供参考。

A method for calculating erosion degree of over-current components used in fluid machinery field

The invention discloses a method for calculating the abrasion degree of flow-through parts in the field of fluid machinery. The method takes boundary microelement and boundary recombination as preconditions, obtains the average abrasion rate of the abrasion wall by numerical simulation method based on the thought of abrasion differential quadrature, and establishes the variation and average of the abrasion depth of the flow-through wall. Mathematical model and approximate solution method of wear rate and wear time are used to predict the gradual wear pattern of the flow wall in each period of operation. The mechanism of progressive wear and the evolution process of the wear pattern of the boundary wall are analyzed and studied, which are the structural design and wear protection of the flow passage parts of fluid machinery. Provide reference.

【技术实现步骤摘要】
一种应用于流体机械领域过流部件磨蚀程度的计算方法
本专利技术涉及过流部件磨蚀程度的计算
，具体为一种应用于流体机械领域过流部件磨蚀程度的计算方法。
技术介绍
随着我国自然环境的日益恶劣、土地沙漠化逐年增多、植被覆盖率降低、水土流失现象日益严重、河流中的含沙量逐渐增大。如黄河干流的平均含沙量高达37kg/m3，当挟沙水流以一定流速流经过流部件壁面时，将对壁面造成磨蚀。据统计，我国已建成的水电站中有40％的水轮机存在严重的磨蚀破坏，导致机组部分结构漏水量增加，不仅使流体机械机组效率下降，机组出力减少，检修周期缩短，危害机组的安全运行，而且可能导致经济损失巨大等危害。目前，国内外诸多学者对水力机械的磨蚀问题研究较多，但对渐进磨蚀过程的预测以及渐进磨蚀机理的分析研究较少。同时，现有的磨蚀程度的计算预测方法大多是基于流动边界条件不变的前提下进行的。然而实践表明，流体机械过流壁面的磨蚀是一个非均态的渐进发展过程，当流体机械过流表面被挟沙水流磨蚀后，流动边界的变化使流体动力学参数也随之发生变化，导致现有的磨蚀程度预测很难与实际一致。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种应用于流体机械领域过流部件磨蚀程度的计算方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种应用于流体机械领域过流部件磨蚀程度的计算方法，该方法以边界微元化及边界重组为前提，基于磨蚀微分求积的思想，通过数值模拟方法得到磨蚀壁面的平均磨损率，建立了过流壁面磨蚀深度变化量与平均磨损率和磨蚀时间的数学模型和近似求解方法，预测了一个运行周期内，各时间阶段的过流壁面的渐变磨蚀形态，从而分析研究渐进磨蚀机理以及边界壁面磨蚀形态的演化过程，为流体机械过流部件的结构设计和磨蚀防护方面提供参考。由于流体机械过流部件壁面的磨蚀深度是一个随时间不断累加的过程，所述边界重组是基于磨蚀微分求积的思想，多次改变磨蚀壁面的几何形态，以得到在一个运行周期内，贴近物理真实的磨蚀壁面的几何形态。所述磨蚀微分求积的思想，在需要研究的磨蚀面上创建尽可能多的微元面，然后根据数值计算结果所求得每个微元面上的平均磨损深度微量△δi来改变过流壁面磨蚀后的表面形态，重新构造其表面形态的渐近几何表达。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术的目的是通过所提出的水力机械壁面磨蚀预测方法，以边界微元化及边界重构为前提，基于磨蚀微分求积思想，建立了过流壁面磨蚀深度变化量关于平均磨损率和磨蚀时间的数学模型和求解方法，预测流体机械过流壁面在所需机组运行时间内的渐进磨蚀形态，通过研究分析渐进磨蚀形态变化过程，得到过流壁面磨蚀的演化过程，为流体机械过流部件磨蚀形态的预测以及工程抗磨蚀问题提供参考。该方法可广泛应用于流体机械过流壁面的磨蚀预测。附图说明图1为本专利技术过流壁面磨蚀程度的计算方法流程图结构示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。请参阅图1，本专利技术提供一种技术方案：一种应用于流体机械领域过流部件磨蚀程度的计算方法，该方法以边界微元化及边界重组为前提，基于磨蚀微分求积的思想，通过数值模拟方法得到磨蚀壁面的平均磨损率，建立了过流壁面磨蚀深度变化量与平均磨损率和磨蚀时间的数学模型和近似求解方法，预测了一个运行周期内，各时间阶段的过流壁面的渐变磨蚀形态，从而分析研究渐进磨蚀机理以及边界壁面磨蚀形态的演化过程，为流体机械过流部件的结构设计和磨蚀防护方面提供参考。由于流体机械过流部件壁面的磨蚀深度是一个随时间不断累加的过程，所述边界重组是基于磨蚀微分求积的思想，多次改变磨蚀壁面的几何形态，以得到在一个运行周期内，贴近物理真实的磨蚀壁面的几何形态。所述磨蚀微分求积的思想，在需要研究的磨蚀面上创建尽可能多的微元面，然后根据数值计算结果所求得每个微元面上的平均磨损深度微量△δi来改变过流壁面磨蚀后的表面形态，重新构造其表面形态的渐近几何表达。为了较准确的描述流体机械过流壁面在实际运行周期(T)内渐进磨蚀的真实物理形态，本专利技术提出一种过流壁面磨蚀程度预测的计算方法。此计算方法是基于磨蚀微分求积的思想，在需要考虑的磨蚀面上创建尽可能多的微元面(j)，采用Fluent数值模拟软件，基于RNGk-ε湍流模型和DPM离散相模型，对微元面所在的过流部件进行时长ti的数值计算，得到各微元面上的平均磨损率IRi。利用平均磨损率与磨蚀深度的关系，得到ti时间段过流壁面几何形态的磨蚀深度变化量△δi，通过磨蚀深度微量△δi来改变过流壁面磨蚀后的几何形态。以改变后的几何形态为模型，重复上述步骤，直到达到机组运行时间要求为止。综上，得到在不同时间阶段(ti)的磨蚀几何形态，从而分析研究一个磨蚀周期(T)内过流壁面的磨蚀几何形态的渐进过程以及磨蚀机理。通过微分求积的思想建立了过流壁面某一微元面磨蚀深度变化量△δi关于平均磨损率和磨蚀时间的数学模型：平均磨损率定义为：式中IR单位面积上壁面的磨损速率，kg/(m2·s)；Nparticles为单元面积上碰撞的颗粒数目；mp为碰撞颗粒的质量流率，kg/s；C(dp)为与颗粒粒径相关的函数；dp为颗粒中值直径；α为颗粒对壁面的冲击角；b(v)为此相对速度的函数，取1；v为颗粒相对于壁面的速度；Aface为壁面计算单元面积，m2；Δt——磨蚀时间，s；ρ——过流壁面的材料密度，kg/m3；δi——微元面对应的磨蚀深度，m。式中：Fs——颗粒形状因子，颗粒为球形取0.2。式中：ai——常数。尽管已经示出和描述了本专利技术的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本专利技术的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本专利技术的范围由所附权利要求及其等同物限定。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种应用于流体机械领域过流部件磨蚀程度的计算方法，其特征在于：该方法以边界微元化及边界重组为前提，基于磨蚀微分求积的思想，通过数值模拟方法得到磨蚀壁面的平均磨损率，建立了过流壁面磨蚀深度变化量与平均磨损率和磨蚀时间的数学模型和近似求解方法，预测了一个运行周期内，各时间阶段的过流壁面的渐变磨蚀形态，从而分析研究渐进磨蚀机理以及边界壁面磨蚀形态的演化过程，为流体机械过流部件的结构设计和磨蚀防护方面提供参考。

【技术特征摘要】
1.一种应用于流体机械领域过流部件磨蚀程度的计算方法，其特征在于：该方法以边界微元化及边界重组为前提，基于磨蚀微分求积的思想，通过数值模拟方法得到磨蚀壁面的平均磨损率，建立了过流壁面磨蚀深度变化量与平均磨损率和磨蚀时间的数学模型和近似求解方法，预测了一个运行周期内，各时间阶段的过流壁面的渐变磨蚀形态，从而分析研究渐进磨蚀机理以及边界壁面磨蚀形态的演化过程，为流体机械过流部件的结构设计和磨蚀防护方面提供参考。2.根据权利要求1所述的一种应用于流体机械领域过流部件磨蚀程度的计算方...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩伟，陈雨，李仁年，苏敏，郭涛，
申请(专利权)人：兰州理工大学，
类型：发明
国别省市：甘肃,62