一种考虑小角度切削效应的泥沙磨损数值计算方法

本技术涉及流体机械，尤其涉及考虑小角度切削效应的泥沙磨损数值计算方法和装置。

背景技术：

1、现有的水力机械普遍在含沙量较高的水质条件下长期运行，而泥沙撞击水力机械过流部件壁面导致磨损，造成机组效率降低、寿命缩短、运行可靠性下降，严重时甚至会出现机毁人亡的事故。发展水力机械泥沙磨损高精度数值计算模型，为其合理设计奠定基础，对提高水力机械长期、安全、稳定运行具有重要的意义。

2、目前常用的泥沙磨损数值计算模型以气固冲蚀实验获取的经验数据建立，这些模型在泵的磨损数值计算中被广泛应用。这些基于气固实验的半经验磨损公式不适用于水力机械运行的固液流动工况，直接采用现有磨损模型计算得到的水力机械磨损特性与实际存在差异。因此，研究固液两相流动工况下的磨损模型是十分必要的。

3、然而，已有研究表明，在水中的颗粒行为与在气体中不同，颗粒撞击壁面产生的小角度切削磨损效应显著，导致采用现有磨损模型计算的磨损面积和磨损强度与实际模型泵实验并不完全相符。因此，需建立可靠的考虑小角度切削效应的磨损数值计算方法提高对水力机械磨损的预测精度。

技术实现思路

1、本技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

2、为此，本技术的第一个目的在于提出一种考虑小角度切削效应的泥沙磨损数值计算方法，对固液两相流动工况的状况分析，建立了固液两相流动工况下的磨损模型，有效提高对水力机械磨损的预测精度。

3、本技术的第二个目的在于提出一种考虑小角度切削效应的泥沙磨损数值计算装置。

4、本技术的第三个目的在于提出一种计算机设备。

5、本技术的第四个目的在于提出一种非临时性计算机可读存储介质。

6、为达上述目的，本技术第一方面实施例提出了一种考虑小角度切削效应的泥沙磨损数值计算方法，包括：基于固液流动工况下颗粒与壁面的接触特性，建立待拟合的考虑小角度切削效应的冲击角度函数；基于颗粒壁面碰撞信息和冲击角度函数建立泥沙磨损数值计算模型，确定平板壁面磨损厚度计算方程；基于dpm模型模拟水下射流磨损过程，并在模拟时通过用户自定义函数计算并获取颗粒与平板壁面间的碰撞信息；基于颗粒与平板壁面间的碰撞信息和平板壁面磨损厚度计算方程，获取固液流动工况下平板磨损厚度分布的计算结果；基于水下射流磨损厚度的实验结果与平板磨损厚度分布的计算结果，确定待拟合的考虑小角度切削效应的冲击角度函数。

7、本技术实施例的考虑小角度切削效应的泥沙磨损数值计算方法，通过上述步骤建立固液工况下磨损计算与气固工况下存在差异的小角度切削效应函数，从而更为准确地预测固液流动工况下磨损厚度分布，将其应用于水力机械含沙流动工况，可有效增加水力机械泥沙磨损预测准确性，降低研究水力机械泥沙磨损成本。

8、可选地，在本技术的一个实施例中，待拟合的考虑小角度切削效应的冲击角度函数，表示为：

9、

10、其中，f(α)为冲击角度函数，α为颗粒撞击壁面的角度，k为常数，c(cosα)n为小角度切削效应函数，c和n为待拟合参数。

11、可选地，在本技术的一个实施例中，平板壁面磨损厚度计算方程表示为：

12、

13、其中，δh为材料磨损厚度，ρw为壁面材料密度，np为颗粒总数量，为颗粒p的质量流量，ap为颗粒p撞击壁面的面积，k为常系数，fs为颗粒形状因子，vp为颗粒p撞击壁面的速度，n为速度指数，f(α)为考虑小角度切削效应的冲击角度函数，δt为磨损时间。

14、可选地，在本技术的一个实施例中，基于dpm模型模拟水下射流磨损过程，并在模拟时通过用户自定义函数计算并获取颗粒与平板壁面间的碰撞信息，包括：

15、对喷嘴及样板夹角工况进行分析，建立水下射流磨损对应的流场模型；

16、对流场模型进行计算域参数设置，生成水下射流流体域计算模型；

17、在有限元分析求解软件中，采用dpm模型对水下射流流体域计算模型进行固液两相流动计算，得到水下射流固液两相流场数据；

18、基于水下射流固液两相流场数据，通过用户自定义函数计算并获取颗粒与平板壁面间的碰撞信息，其中，碰撞信息包括碰撞速度和碰撞角度。

19、为达上述目的，本发明第二方面实施例提出了一种考虑小角度切削效应的泥沙磨损数值计算装置，包括函数建立模块、方程确定模块、模拟模块、计算模块、函数确定模块，其中，

20、函数建立模块，用于基于固液流动工况下颗粒与壁面的接触特性，建立待拟合的考虑小角度切削效应的冲击角度函数；

21、方程确定模块，用于基于颗粒壁面碰撞信息和冲击角度函数建立泥沙磨损数值计算模型，确定平板壁面磨损厚度计算方程；

22、模拟模块，用于基于dpm模型模拟水下射流磨损过程，并在模拟时通过用户自定义函数计算并获取颗粒与平板壁面间的碰撞信息；

23、计算模块，用于基于颗粒与平板壁面间的碰撞信息和平板壁面磨损厚度计算方程，获取固液流动工况下平板磨损厚度分布的计算结果；

24、函数确定模块，用于基于水下射流磨损厚度的实验结果与平板磨损厚度分布的计算结果，确定待拟合的考虑小角度切削效应的冲击角度函数。

25、可选地，在本技术的一个实施例中，待拟合的考虑小角度切削效应的冲击角度函数，表示为：

26、

27、其中，f(α)为冲击角度函数，α为颗粒撞击壁面的角度，k为常数，c(cosα)n为小角度切削效应函数，c和n为待拟合参数。

28、可选地，在本技术的一个实施例中，平板壁面磨损厚度计算方程表示为：

29、

30、其中，δh为材料磨损厚度，ρw为壁面材料密度，np为颗粒总数量，为颗粒p的质量流量，ap为颗粒p撞击壁面的面积，k为常系数，fs为颗粒形状因子，vp为颗粒p撞击壁面的速度，n为速度指数，f(α)为考虑小角度切削效应的冲击角度函数，δt为磨损时间。

31、可选地，在本技术的一个实施例中，基于dpm模型模拟水下射流磨损过程，并在模拟时通过用户自定义函数计算并获取颗粒与平板壁面间的碰撞信息，包括：

32、对喷嘴及样板夹角工况进行分析，建立水下射流磨损对应的流场模型；

33、对流场模型进行计算域参数设置，生成水下射流流体域计算模型；

34、在有限元分析求解软件中，采用dpm模型对水下射流流体域计算模型进行固液两相流动计算，得到水下射流固液两相流场数据；

35、基于水下射流固液两相流场数据，通过用户自定义函数计算并获取颗粒与平板壁面间的碰撞信息，其中，碰撞信息包括碰撞速度和碰撞角度。

36、为达上述目的，本发明第三方面实施例提出了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时，实现上述考虑小角度切削效应的泥沙磨损数值计算方法。

37、为了实现上述目的，本发明第四方面实施例提出了一种非临时性计算机可读存储介质，当所述存储介质中的指令由处理器被执行时，能够执行上述考虑小角度切削效应的泥沙磨损数值计算方法。

38、本技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本技术的实践了解到。