[發明專利]一種基于修正沖擊角函數的泥沙磨損數值計算方法

在審

• 申請號: 202211263198.3
• 申請日: 2022-10-14
• 公開（公告）號: CN115659861A
• 公開（公告）日: 2023-01-31
• 發明（設計）人: 譚磊;陳門迪;張海庫
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G06F30/28
• 分類號: G06F30/28;G06F30/25;G06F17/11;G06F17/18;G06F119/14
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 雷玉龍

本申請公開了一種基于修正沖擊角函數的泥沙磨損數值計算方法，其中，方法包括：基于顆粒磨損去除機制，分析固液兩相流工況下顆粒與受損材料間的接觸特性，建立引入顆粒運動狀態的修正沖擊角函數；基于離散相模型模擬水沙輸運過程，利用預設編碼計算并獲取磨損壁面上的顆粒沖擊速度及沖擊角度信息；基于顆粒沖擊速度及沖擊角度信息和引入顆粒運動狀態的修正沖擊角函數建立材料磨損率模型，得到材料磨損深度計算方程；基于材料磨損深度計算方程，獲取水沙輸運過程中流道區域磨損量。由此，解決了相關技術中隨著液體粘度的增加，導致模型對磨損預測與實驗數據之間存在偏差，降低水力機械磨損預測的精確性，無法滿足水力機械磨損預測的需求等問題。

技術領域

本申請涉及流體機械工程技術領域，特別涉及一種基于修正沖擊角函數的泥沙磨損數值計算方法。

背景技術

由于我國河流泥沙含量高，水力機械長期在含沙工況下運行的過程中，泥沙顆粒與設備表面不斷撞擊造成磨損，導致機組出力不足，壽命縮短，效率下降，運行可靠性降低，因此，實現水力機械設備磨損的高精度預測不僅對維護設備安全運行至關重要，且有助于設計出耐磨損設備，是亟待解決的關鍵技術難題。

相關技術中，可以基于氣固試驗建立磨損模型，目前應用廣泛的磨損模型，如Neilson和Gilchrist、Mclury、Huang、Oka以及Zhang等提出的模型，后被學者直接用于預測氣固以及液固兩種體系下的磨損預測。

然而，相關技術中隨著液體粘度的增加，導致模型對磨損的預測與實驗數據之間存在偏差，降低水力機械磨損預測的精確性，無法滿足預測氣固以及液固兩種體系下的磨損的需求，亟待解決。

發明內容

本申請提供一種基于修正沖擊角函數的泥沙磨損數值計算方法，以解決相關技術中隨著液體粘度的增加，導致模型對磨損的預測與實驗數據之間存在偏差，降低水力機械磨損預測的精確性，無法滿足預測氣固以及液固兩種體系下的磨損的需求等問題。

本申請實施例提供一種基于修正沖擊角函數的泥沙磨損數值計算方法，包括以下步驟：基于顆粒磨損去除機制，分析固液兩相流工況下顆粒與受損材料間的接觸特性，建立引入顆粒運動狀態的修正沖擊角函數；基于離散相模型模擬水沙輸運過程，利用預設編碼計算并獲取磨損壁面上的顆粒沖擊速度及沖擊角度信息；基于所述顆粒沖擊速度及沖擊角度信息和所述引入顆粒運動狀態的修正沖擊角函數建立材料磨損率模型，得到材料磨損深度計算方程；基于所述材料磨損深度計算方程，獲取水沙輸運過程中流道區域磨損量。

可選地，在本申請的一個實施例中，所述修正沖擊角函數的表達式為：

其中，f(α)為沖擊角度函數，α為顆粒撞擊壁面的角度，K為常數，取3，St_p為顆粒的斯托克斯數，τ_p為顆粒對流體流動變化做出反應所需的時間，τ_f為流體流動發生這些變化所需的時間，ρ_p為顆粒密度，d_p為顆粒直徑，μ_f為流體動力粘度。

可選地，在本申請的一個實施例中，所述利用預設編碼計算并獲取磨損壁面上的顆粒沖擊速度及沖擊角度信息，包括：將壁面依據網格劃分節點分為若干壁面；判斷顆粒是否撞擊所述若干壁面；如果撞擊所述若干壁面，則提取所述顆粒在壁面處的速度矢量、垂直壁面的單位法向量；利用所述速度矢量求解絕對速度大小，并利用所述速度矢量與所述單位法向量將顆粒速度分解為垂直壁面速度與平行壁面速度，計算顆粒路徑和壁面之間的碰撞角度；對所有計算得到的顆粒的絕對速度進行統計平均，得到顆粒沖擊速度，并對所有計算得到的顆粒的碰撞角度進行統計平均，得到顆粒沖擊角度。

可選地，在本申請的一個實施例中，所述材料磨損深度計算方程為：