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含沙粒空化流动是一种复杂的固、液、汽同时包含有相变与质量传输的三相湍流流动，可对泵与水轮机等水力机械形成严重的空蚀与磨蚀联合破坏。
沙粒含量是影响含沙粒空化流动的一个重要因素，本文以文丘里管为物理模型，选取粒径为0.1mm-0.3mm的沙粒，通过实验与数值计算相结合的方法，研究分别为0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%、3.0%的沙粒含量对文丘里管内含沙粒空化流动的影响。
实验方面，拍摄十一个时刻所有沙粒含量下含沙粒空化流动中所形成的空化泡形态，同时，测量所有对应工况下，文丘里管内含沙粒空化流动区域的压力变化，并获得相应的随沙粒含量变化的规律。结合实验数据构建含沙粒空化流动的无量纲数K来反映含沙粒空化流动发展程度的变化。
数值计算方面，先构建含沙粒空化流动相变模型；然后，对数值算法进行整体验证。通过该算法进行含沙粒空化流动的数值计算。该过程中，分析含沙粒空化流动中所有时刻下的含汽量、汽相最大体积分数、正向滑移速度、反向滑移速度、湍动能、涡量、虚拟质量力随沙粒含量的变化规律。
通过对实验与数值计算结果的分析，获得沙粒含量对文丘里管内含沙粒空化流动影响的规律并揭示相应的宏微观机理。所获主要成果如下所示：
1、建立了不同沙粒含量下饱和蒸汽压的变化规律，得到了含沙粒空化流动的空化相变模型，有效提高了数值计算精度。结合实验所获饱和蒸汽压数据拟合出与沙粒含量间的函数曲线，该函数关系准确反映出饱和蒸汽压的变化，随沙粒含量增加饱和蒸汽压不断增大。并且，对空化模型中的饱和蒸汽压项做出完善，构建含沙粒空化流动相变模型，直接反映沙粒含量的影响。通过此模型对文丘里管内含沙粒空化流动进行数值计算，所获含汽量与汽相最大体积分数准确反映出实验下含沙粒空化流动发展程度的变化；正向与反向滑移速度，湍动能、涡量、虚拟质量力的变化准确解释压力变化，进而揭示含沙粒空化流动机理。通过此模型的使用，数值计算精度得到明显提高。经验证，该模型完全是合理的。
2、构建含沙粒空化流动的无量纲数，定量的反映沙粒含量变化对含沙粒空化流动发展程度的影响规律。由于不同沙粒含量下的饱和蒸汽压不同，为衡量沙粒含量增加对含沙粒空化流动发展程度的影响，将后者沙粒含量下含沙粒空化流动区域的压力与饱和蒸汽压之间的差值与前者沙粒含量下的差值的比值定义为含沙粒空化流动的无量纲数。随沙粒含量增加，若无量纲数的值大于1，表明促进含沙粒空化流动的发展，若小于1，则表明减弱了含沙粒空化流动的发展。该无量纲数通过定量的角度准确反映实验条件下含沙粒空化流动发展程度的变化。
3、发现了文丘里管内沙粒含量对含沙粒空化流动发展程度的影响呈非线性变化的新现象，丰富了文丘里管内空化流动理论。实验条件下文丘里管内含沙粒空化流动发展程度随时间呈交替型变化，但不同沙粒含量范围内具有不同特征。初始发展阶段前两个时刻下，随沙粒含量增加，含沙粒空化流动发展程度先增强，后减弱，再变强，最后又减弱，呈交替型变化。初始发展阶段后两个时刻下，发展程度随沙粒含量增加先变强后减弱。充分发展阶段的规律和初始发展阶段前两个时刻下的类似，也为交替型变化，规律所持续时间变长。完全发展阶段的规律与初始发展阶段后两个时刻下的相同，规律所持续时间变得更长。沙粒含量为2.5%为一临界含量。含汽量与汽相最大体积分数随沙粒含量变化的数值规律与含沙粒空化流动发展程度的实验规律相一致，两者相统一。
4、揭示文丘里管内不同沙粒含量下含沙粒空化流动的机理。空化泡聚集区域存在着显著的正向与反向滑移速度，湍动能较强，涡旋较多，相对加速度较高。实验与数值结果吻合良好。含沙粒空化流动发展程度变强时，正向滑移速度持续增加，反向滑移速度有所减小且其分布范围逐渐变大；湍动能变强，相应的分布范围变大；涡旋变多且分布范围变大，对应的涡量也变大；相对加速度变高，分布范围变大，同时与其相关的虚拟质量力变大。含沙粒空化流动发展程度变弱时，所有变量的变化与发展程度变强时的相反。正向与反向滑移速度、湍动能、涡量、虚拟质量力随沙粒含量的变化准确解释压力变化，并通过实验结果得到验证。压力与含沙粒空化流动发展程度、含汽量、汽相最大体积分数的变化规律相一致，其准确反映出文丘里管内含沙粒空化流动的变化。
沙粒含量是影响含沙粒空化流动的一个重要因素，本文以文丘里管为物理模型，选取粒径为0.1mm-0.3mm的沙粒，通过实验与数值计算相结合的方法，研究分别为0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%、3.0%的沙粒含量对文丘里管内含沙粒空化流动的影响。
实验方面，拍摄十一个时刻所有沙粒含量下含沙粒空化流动中所形成的空化泡形态，同时，测量所有对应工况下，文丘里管内含沙粒空化流动区域的压力变化，并获得相应的随沙粒含量变化的规律。结合实验数据构建含沙粒空化流动的无量纲数K来反映含沙粒空化流动发展程度的变化。
数值计算方面，先构建含沙粒空化流动相变模型；然后，对数值算法进行整体验证。通过该算法进行含沙粒空化流动的数值计算。该过程中，分析含沙粒空化流动中所有时刻下的含汽量、汽相最大体积分数、正向滑移速度、反向滑移速度、湍动能、涡量、虚拟质量力随沙粒含量的变化规律。
通过对实验与数值计算结果的分析，获得沙粒含量对文丘里管内含沙粒空化流动影响的规律并揭示相应的宏微观机理。所获主要成果如下所示：
1、建立了不同沙粒含量下饱和蒸汽压的变化规律，得到了含沙粒空化流动的空化相变模型，有效提高了数值计算精度。结合实验所获饱和蒸汽压数据拟合出与沙粒含量间的函数曲线，该函数关系准确反映出饱和蒸汽压的变化，随沙粒含量增加饱和蒸汽压不断增大。并且，对空化模型中的饱和蒸汽压项做出完善，构建含沙粒空化流动相变模型，直接反映沙粒含量的影响。通过此模型对文丘里管内含沙粒空化流动进行数值计算，所获含汽量与汽相最大体积分数准确反映出实验下含沙粒空化流动发展程度的变化；正向与反向滑移速度，湍动能、涡量、虚拟质量力的变化准确解释压力变化，进而揭示含沙粒空化流动机理。通过此模型的使用，数值计算精度得到明显提高。经验证，该模型完全是合理的。
2、构建含沙粒空化流动的无量纲数，定量的反映沙粒含量变化对含沙粒空化流动发展程度的影响规律。由于不同沙粒含量下的饱和蒸汽压不同，为衡量沙粒含量增加对含沙粒空化流动发展程度的影响，将后者沙粒含量下含沙粒空化流动区域的压力与饱和蒸汽压之间的差值与前者沙粒含量下的差值的比值定义为含沙粒空化流动的无量纲数。随沙粒含量增加，若无量纲数的值大于1，表明促进含沙粒空化流动的发展，若小于1，则表明减弱了含沙粒空化流动的发展。该无量纲数通过定量的角度准确反映实验条件下含沙粒空化流动发展程度的变化。
3、发现了文丘里管内沙粒含量对含沙粒空化流动发展程度的影响呈非线性变化的新现象，丰富了文丘里管内空化流动理论。实验条件下文丘里管内含沙粒空化流动发展程度随时间呈交替型变化，但不同沙粒含量范围内具有不同特征。初始发展阶段前两个时刻下，随沙粒含量增加，含沙粒空化流动发展程度先增强，后减弱，再变强，最后又减弱，呈交替型变化。初始发展阶段后两个时刻下，发展程度随沙粒含量增加先变强后减弱。充分发展阶段的规律和初始发展阶段前两个时刻下的类似，也为交替型变化，规律所持续时间变长。完全发展阶段的规律与初始发展阶段后两个时刻下的相同，规律所持续时间变得更长。沙粒含量为2.5%为一临界含量。含汽量与汽相最大体积分数随沙粒含量变化的数值规律与含沙粒空化流动发展程度的实验规律相一致，两者相统一。
4、揭示文丘里管内不同沙粒含量下含沙粒空化流动的机理。空化泡聚集区域存在着显著的正向与反向滑移速度，湍动能较强，涡旋较多，相对加速度较高。实验与数值结果吻合良好。含沙粒空化流动发展程度变强时，正向滑移速度持续增加，反向滑移速度有所减小且其分布范围逐渐变大；湍动能变强，相应的分布范围变大；涡旋变多且分布范围变大，对应的涡量也变大；相对加速度变高，分布范围变大，同时与其相关的虚拟质量力变大。含沙粒空化流动发展程度变弱时，所有变量的变化与发展程度变强时的相反。正向与反向滑移速度、湍动能、涡量、虚拟质量力随沙粒含量的变化准确解释压力变化，并通过实验结果得到验证。压力与含沙粒空化流动发展程度、含汽量、汽相最大体积分数的变化规律相一致，其准确反映出文丘里管内含沙粒空化流动的变化。