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水流含沙量对磨蚀的影响
来源：免费论文网    [ 2007-5-13 10:39:30 ]    作者：未知    编辑：论文

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有可能不存在的情况，解释了文献[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。

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图1 含沙量和磨蚀失重的关系
Relation between sediment concentration and abrasion rate of different materials

　　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

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图2 不同材料的磨蚀率与含沙量的关系
Relation between sediment concentration and abrasion

　　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——复合磨粒磨损。他的过于复杂的公式经J.M.Neilson和A.Gildrist简化后，得到如下冲磨函数。


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