农业机械学报

作者：黄剑峰，姚激，张蕾蕾

单位：北部湾大学;广西海洋工程装备与技术重点实验室,昆明理工大学,北部湾大学;广西海洋工程装备与技术重点实验室,

关键词：混流式水轮机;粗沙水流;DEM-CFD;泥沙磨损;数值模拟

基金：国家自然科学基金项目（52169020）和北部湾大学引进高层次人才科研启动项目（2022KYQD01）

含沙水流条件下水轮机内部泥沙颗粒与湍流两相介质相互作用对水轮机壁面冲蚀磨损机制有重要影响。基于GPU加速耦合颗粒离散元与计算流体力学方法求解混流式水轮机内部颗粒-流体系统。通过泥沙颗粒真实外形建模，DEM-CFD耦合模拟获得水轮机泥沙颗粒流磨损特性。结果表明：GPU加速可节省计算成本，粗沙水流下泥沙颗粒受水流影响在尾水管内小开度工况以“短螺旋”方式运动，而大开度工况则以“长螺旋”方式运动；小开度工况球形多面体泥沙颗粒曳力最大值比球体颗粒大34.78%。大开度工况颗粒对活动导叶的碰撞强度比固定导叶大74.13%，说明其冲击磨损强于固定导叶；粒子对固定导叶的滑动距离平均最大值比活动导叶大21.43%，说明其剪切磨损强于活动导叶。活动导叶、转轮叶片和尾水管壁面磨损情况与文献试验结果及电站实际磨损一致；在汛期控制水轮机在小开度工况运行是有利的。研究结果可为改善水轮机泥沙磨损破坏提供理论参考。

来源：2025年第7期

《农业机械学报》期刊编辑部

查看农业机械学报杂志2025年第7期