空化是一种复杂的多相湍流流动,易引发噪声与振动,使机械的性能严重下降。依据空泡形态特点,空化包含有片空化、云空化、泡空化、超空化、涡空化五类。依据空化发生时所必需的条件、空泡的结构以及水动力学因素,空化包含有游移型空化、固定型空化、漩涡型空化与振荡型空化。空化经历空化初生、空化发展与空泡溃灭三个阶段。其中,空化初生与空化核子数量、黏性、物面粗糙程度、介质等紧密相关;空化发展与空化数大小、压力分布、介质、边界层特征等紧密相关。空泡溃灭时易形成较高的射流速度从而对材料形成巨大破坏。空化流为汽、液两相流动,含沙水空化流动条件下为汽、固、液三相流动,若将非冷凝气体考虑在内,则为汽、固、液三种状态、汽、气、固、液四相流动。沙粒主要通过沙粒粒径与沙粒含量的不同影响空化特性的发展。不同沙粒粒径与含量的沙粒对空化的影响形式主要有三种:沙粒促进空化发展,沙粒抑制空化发展、沙粒对空化发展影响较小。本文基于二维喷嘴喷与离心泵研究沙粒对空化特性的影响。本学位论文主要研究内容及所获成果如下所示:1.详细介绍湍流的特点及其表示方法、湍流流动下的控制方程组、各种湍流模型的特点及适用范围,以及不同空化模型的特征。通过修正清水介质下空化流动控制方程组,得到含沙水流条件对应控制方程组的,为准确数值计算含沙水流条件下的空化流动做好准备。2.通过二维喷嘴模型,基于Mixture模型、标准k-ε湍流模型、Schnerr&Sauer空化模型,数值计算沙粒对空化流特性的影响。沙粒粒径分别为0.013mm、0.020mm、0.025mm、0.030mm、0.035mm、0.040mm、0.050mm、0.060mm、0.070mm、0.076mm、0.082mm。沙粒含量从1.0%变至10%。计算结果表明,沙粒含量从1.0%变至10%时,沙粒粒径从0.013mm变至0.030mm时,空化数整体上不断变小。沙粒粒径从0.035mm变至0.040mm时,空化数整体上呈现波动状态减小且沙粒含量是10%时,空化数略微增大。沙粒粒径从0.050mm变至0.060mm时,空化数近似呈“W”形变化。沙粒粒径从0.070mm变至0.082mm时,空化数均呈先减,再增,后减的变化趋势。当沙粒含量从1.0%变至10%时,沙粒均呈现先促进空化发展后抑制空化发展且随沙粒粒径增大,沙粒促进空化发展的范围逐渐变小,沙粒抑制空化发展的范围逐渐变大。3.通过离心泵,基于Mixture模型、标准k-ε湍流模型、Schnerr&Sauer空化模型,研究沙粒对离心泵空化特性的影响。沙粒粒径分别为0.005mm、0.010mm、0.015mm;沙粒含量分别为0.5%、1.0%、1.5%。数值模拟不同沙粒条件下的离心泵空化流动,并做出相应的离心泵空化特性曲线。计算结果表明,沙粒含量为1.0%时,沙粒粒径从0.005mm变至0.015mm时,沙粒表现为先促进空化发展后抑制空化发展,临界沙粒粒径为0.010mm;沙粒粒径为0.010mm时,沙粒含量从0.5%变至1.5%时。沙粒表现为先促进空化发展后抑制空化发展,临界沙粒含量为1.0%。沙粒促进空化发展时,体积分数为0.1的空泡分布较清水介质下的大;沙粒抑制空化发展时,体积分数为0.1的空泡分布较清水介质下的小;沙粒对空化影响较小时,体积分数为0.1的空泡分布与清水介质下的分布类似。同时,空化充分发展时,含沙水空化条件下的扬程均低于清水介质下的扬程,随粒径与含量的增加,扬程不断减小。