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水利工程论文-水流含沙量对磨蚀的影响.doc

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水利工程论文-水流含沙量对磨蚀的影响.doc

水利工程论文-水流含沙量对磨蚀的影响摘要:在前人研究的基础上,分析了含沙量对磨损和气蚀的影响,提出了由湍流猝发现象而引起的扫荡磨损的概念,认为含沙量的增加将增加星度微切削破坏作用和扫荡磨损,降低单颗粒泥沙的破坏作用;含沙量小时促进气蚀,而含沙量大时则制约气蚀。提出了临界含沙量Scr[1]、[2]的结论。关键词:磨蚀扫荡磨损气蚀紊动我国河流中大多数含有泥沙,有的含沙量很大。如著名的黄河干流多年平均含沙量达37kg/m3,长江含沙量较少,上游多年平均含沙量约为1.7kg/m3,输沙量大多集中在每年6~9月的洪水期,当挟沙水流以较高的流速流经泄水或排水建筑物时,将对闸门槽、底板、泄洪排沙底孔、溢流面等造成磨损,严重者直接危害到水工建筑物的安全,造成很大的经济损失,故对含沙水流的磨蚀规律进行研究很有必要。图1含沙量和磨蚀失重的关系Relationbetweensedimentconcentrationandabrasionrateofdifferentmaterials目前,对于水流含沙量对磨损的影响理论上的研究还很不成熟,主要靠实验的手段来加以研究,不同的学者采用不同的方法在这方面做了许多研究,但他们的结果很不一致,有的甚至是相互矛盾的。水利水电科学研究院在各种空化试验设备上如水洞、转盘仪和磁致伸缩仪上进行的试验,以及采用黄河沙和塑料沙进行的空化和磨蚀试验发现,在含沙量小时,含沙量的增加对空化和磨蚀起促进作用,在含沙量大时,含沙量的增加对空化和磨蚀起制约作用(如图1),在两种相反作用之间存在一称为临界含沙量Scr的转变点[1]。而清华大学在二元文丘里管中,采用黄河小浪底河滩的天然砂做的试验研究表明,混凝土等脆性材料的平均磨蚀率均随水流含沙量的增大而增大,并没有明显的峰值[2](如图2)。1含沙水流的冲磨机理图2不同材料的磨蚀率与含沙量的关系Relationbetweensedimentconcentrationandabrasion含沙水流的磨蚀,属于水沙二相流问题,水流中的沙石之所以能造成材料的磨损,是由于水流中的沙粒具有足够的动能,它所具有的能量来源于挟沙水流,当沙粒冲磨固体壁面材料时,把一部分或全部能量传给壁面材料,在材料表层转化为表面变形能从而造成材料的磨损。1960年J.G.Bitler通过研究认为:金属材料的磨损是垂直变形磨损和水平微切削磨损的叠加——复合磨粒

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