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图 ３ 导水机构网格无关性验证 图 ４ 涡结构（Ｑ ＝ ４００．０ ｓ ） 图 ５ 不同分岔管及喷嘴压降
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随后， 对单个喷嘴进行水－气两相数值计算与实验验证， 表 ３ 为单个喷嘴不同喷针行程下的流量
实验验证， 最大相对误差不超过 ２．３％， 误差在接受范围内， 证明了数值模拟的可靠性。 待两相数值
计算收敛稳定后加入离散相， 进行水－气－沙三相计算， 边界条件如下： 以导水机构两相计算结果的喷
嘴截面速度分布为单喷嘴的速度入口， 加入泥沙颗粒后， 其流速与水流速相同， 泥沙体积分数为
０．５％， 对应的泥沙入口质量流率为 ０．２７６４ ｋｇ∕ｓ， 泥沙粒径为 ０．０５ ｍｍ， 泥沙密度为 ２６５０ ｋｇ∕ｍ ， 在进
３
行三相计算时泥沙颗粒简化为球形； 以标准大气压为压力出口条件； 采用无滑移固体壁面， 离散与固

体壁面间的接触方式设为反弹。
表 ３ 单个喷嘴的流量实验验证

喷针行程∕ｍｍ 计算流量值∕（ｋｇ∕ｓ） 实验流量值∕（ｋｇ∕ｓ） 相对误差∕％
７．５ １２．２１ １２．０２ １．５８
１３．５ １９．７８ １９．３５ ２．２２
１８．０ ２３．９２ ２３．４７ １．９２

４ 喷射机构磨损特性及粒子运动轨迹

４．１ 喷射机构磨损特性分析 首先开展喷射机构内部的泥沙磨损特性分析。 图 ６ 为单个喷嘴与喷针表
面的磨损率分布云图。 根据磨损率分布云图可知， 喷嘴区域的磨损范围远大于喷针区域， 且喷嘴内侧
的磨损程度比外侧严重。 喷针区域的磨损范围小， 磨损区域分散， 但在导流板末端喷针过渡段和喷针
针尖部的磨损最为严重。 总体上， 泥沙颗粒冲击喷射机构形成的磨损主要集中在喷嘴喉部， 基本呈现
片状磨损， 且具有上下对称的分布特征； 其对喷针区的磨损范围较小， 呈现斑点状磨损， 喷针的各个
区域磨损程度差异较大， 喷针区的最大磨损位置出现在喷针过渡段和喷针尖部。

图 ６ 喷射机构的磨损率分布

图 ７ 和图 ８ 为喷射机构的速度云图和压力云图。 由图知， 水流在喷嘴出口处速度显著增加， 由于
喷针尖部表面边界层的存在， 导致水流在高速射流中心附近的速度明显低于周围区域的速度， 形成
“速度亏损”。 在图 ８ 中， 压力在喷嘴出口收缩段因压力梯度产生力， 并且在喷针尖部出现局部高压
区， 该高压区与 “速度亏损” 区域位置一致。 因此， 当水流中含沙时， 结合图 ７ 可发现喷嘴出口泥沙

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