缝隙引流叶轮离心泵的压力脉动及振动特性

缝隙引流叶轮是基于流动控制思想设计的新型叶轮,可改善低比转速离心泵的水力性能和空化性能.测试结果表明:随着流量的增加,缝隙引流叶轮离心泵蜗室及出口处的压力脉动和振动都呈先减小后增大的趋势;在大流量下,缝隙引流叶轮离心泵的压力脉动和振动明显小于常规叶轮离心泵.对比分析两种叶轮的内部流动后发现,缝隙引流叶轮出口处更均匀的速度分布,及其内部较弱的二次流输运,均是缝隙引流叶轮离心泵压力脉动小于常规叶轮离心泵的根本原因.常规叶轮离心泵压力脉动频谱图中的叶频(blade passing frequency,BPF)幅值较突出,而缝隙引流叶轮离心泵的2倍叶频幅值较突出.两种叶轮离心泵的振动频谱分析结果表明,二者在水平和竖直方向上的振动主频都为2倍叶频.在对压力脉动与振动特性的互相关结果分析中发现,叶频及倍频的幅值较高,说明压力脉动和振动密切相关,同时受到叶轮旋转产生的激励的影响.     

工作参数对变量柱塞泵流量脉动的影响

为揭示出口压力、斜盘倾角和转速等工作参数改变时变量柱塞泵流量脉动的变化特点,以某恒功率变量柱塞泵为具体对象,建立了变量机构的机液联合仿真模型,界定出柱塞泵工作参数范围.采用空间球面法计算配流盘的过流面积,并考虑油液压缩性及运动副配合间隙的泄漏,在此基础上应用AMESim软件对柱塞泵泵体部分进行了建模.结果表明:工作压力增大时,柱塞泵出口流量脉动幅值及脉动率均增大,流量倒灌量增大;斜盘倾角增大时,流量脉动幅值增大,脉动率先减小后基本不变,流量倒灌量增大但增幅微小;随着转速的增大,流量脉动幅值增大,脉动率减小且低转速下变化梯度较大,流量倒灌量逐渐减小.     

TBM空间管道动态特性分析

针对硬岩掘进机(TBM)工作过程中产生的强振动会改变空间管道动态特性的问题,基于流固耦合理论和有限元方法建立基础振动下空间管道的双向流固耦合仿真模型,并通过实验验证仿真模型的正确性。对有无基础振动下空间管道的动态特性进行对比分析;研究不同振动参数和结构参数对空间管道动态特性的影响规律。研究结果表明:随着基础振动频率增大,管道最大应力和出口压力波动幅值先增大后减小;随着基础振动幅值增大,管道最大应力和出口压力波动幅值均增大;随着管道曲率半径和中间直管长度增大,管道最大应力逐渐增大;随着管道内径增大,管道最大应力逐渐减小。     

循环荷载作用下有机质浸染砂的动变形特性

为了了解循环荷载作用下有机质浸染砂的动变形特性,本研究在不同天然含水率、振动幅值、固结比和循环波形条件下,通过动三轴试验,研究了海南有机质浸染砂的动变形特性,并从动应变-振次曲线、软化指数-振次曲线等方面分析了天然含水率、振动幅值、固结比、不同循环波形对有机质浸染砂变形特性的影响.试验结果表明：有机质浸染砂的动应变随着振动幅值和天然含水率的增大而增大,但随着固结比的增大而减小,并且随着振动次数的增加而先增大,后趋于平稳;刚度软化指数随着振动次数的增加而急速减小;在不同波形中,方波对有机质浸染砂软化指数的影响最为明显.     

叶片包角对离心泵流场及脉动特性的影响

针对离心泵非定常流动压力脉动特性,采用滑移网格的大涡模拟技术对叶片包角分别为95°,100°,105°,108°的4副叶轮进行数值模拟.分析了叶片包角对离心泵水力性能、叶轮出口"射流-尾迹"、测点压力脉动频谱特性和叶轮径向力的影响关系.结果表明:随着包角的增大,离心泵的水力性能下降;包角适当增大,会使叶轮射流-尾迹流动结构变弱.在设计工况下,蜗舌附近测点压力脉动最大;在蜗壳螺旋段压力脉动强度沿流动方向逐渐变弱,而在叶轮流道内压力脉动沿流动方向逐渐增强,在叶轮出口处达到最大;而离心泵叶轮所受径向力随着包角的增大而减小,适当地增大包角可以提高离心泵运行的可靠性.     

液环泵作真空泵与压缩机工况下的内流场及外特性分析

采用数值模拟和实验相结合的方法,对2BE型液环泵在真空泵与压缩机工况下的内流场及外特性进行对比分析.结果表明:相同的进出口压比时,压缩机体积流量小于真空泵体积流量,体积流量比和效率比均随着压比的增大而逐渐下降;真空泵和压缩机工况下内部的相态场、速度场和压力场分布规律基本一致;压缩机工况下的排气区和过渡区叶轮内旋涡二次流明显要强于真空泵工况下的,相同压比变化时压缩机工况下排气区内壁压力显著增大;液环泵壳体内壁压力的频域特性沿圆周方向存在明显的分区特征;真空泵工况下的各阶主频特性与压缩机工况下的完全一致;在各压比下,压缩机工况的泵壳体内壁压力脉动幅值整体大于真空泵工况的,随着压比的增大,压缩机工况下的排气区和过渡区壳体内壁压力脉动幅值明显增大.     

双环减速机振动噪声分析

以中心输入式双环减速器为对象,介绍了减速器基本结构及进行结构噪声和空气噪声测试的设备、测点及测试方法。结合各测点频谱图、结构噪声幅值图谱和空气噪声测试结果,分析了双环减速器振动特性及可能存在的故障,得出其噪声值和噪声产生的原因,为设计双环减速器,减小其振动噪声提供理论依据。     

不同开度下水泵水轮机飞逸工况压力脉动特性分析

为研究不同开度下混流式水泵水轮机流道内的压力脉动,采用Realizable k-ε湍流模型,进行了某模型水泵水轮机飞逸工况7个不同开度下的全流道三维非定常数值计算,并与实验结果进行对比,分析了其各区域压力脉动幅值和频率.结果表明:随着开度的增大,转速上升,水泵水轮机流道内的压力脉动幅值有所升高,增大到一定程度后会引起蜗壳内流动特性的改变;中间开度21 mm时活动导叶转轮区域及尾水管内压力脉动主频较其余两开度高而幅值有所降低;尾水管中压力脉动主频具有传递性且幅值随流动方向增大.     

泵作透平尾水管压力脉动特性分析与试验

为研究泵作透平尾水管压力脉动特性及内部流动机理,采用试验与雷诺时均非定常数值计算相结合的方法,对尾水管内部压力脉动及其上游过流部件对其内部流动特征的影响进行分析,得到不同位置监测点处的压力脉动特征。研究结果表明:蜗壳内压力脉动主频为叶片通过频率,动静干涉作用是引起透平蜗壳内压力脉动的主要原因;由于上游蜗壳内产生的压力脉动传播到叶轮导致叶轮流道内除主频轴频外还存在1个次主频叶频;小流量时尾水管中心区域出现回流现象,但是随着流量的继续增加回流现象逐渐消失;透平尾水管内压力脉动主要为上游蜗壳内压力脉动传播所致,动静干涉作用是其产生的主要原因;随着流量的增加,透平内部压力脉动主频幅值增加,且大流量工况下达到最大值。     

螺旋桨空化压力脉动及噪声数值计算

为了揭示声压与流动引起的压力脉动之间的区别与联系,以及声学积分面对噪声计算的影响,以斜流中的PPTC(potsdam propeller test case)桨为研究对象,基于均质混合流模型和Zwart-Gerber-Belamri空化模型及FW-H方程,对螺旋桨空化噪声进行了计算及指向性分析;之后进行了压力脉动流动分量与声压分量之间的比较,以及声学积分面的影响研究。结果表明:声压和流场压力脉动是同频率的,均以叶频为特征频率;声压幅值小于流场压力脉动幅值;二者的相位大致相反,当脉动压力达到峰值的时候,声压却处于波谷;空化增加噪声,但不绝对增加流场压力脉动;声学积分面的选取对噪声计算结果影响较大。鉴于近场压力脉动测量值部分与流动计算值符合,部分与声学计算值符合,近场测试有必要对流动量和声学量进行区分,声学积分面的选择还有待进一步确定规程。     

轴流泵空化流及其诱导压力脉动的数值模拟

基于改进的空化模型和SSTk-ω湍流模型,对轴流泵的流量-扬程曲线、空化特性及其诱导非定常空化压力脉动进行了数值模拟和分析.数值模拟结果表明:设计工况下的扬程、效率和必需空化余量预测误差分别为3.41%,4.10%和6.32%,获得了较高的预测精度;轴流泵叶轮空泡主要分布在叶片背面进口10%~30%区域,从轮缘到轮毂叶片空化区域逐渐减小;轴流泵叶轮出口在空化条件下的压力脉动的主频仍为叶频,谐频为叶频的倍数.叶轮出口受到叶轮外缘严重空化流的影响,在临界空化余量工况下,靠近轮缘处的空化压力脉动幅值是轮毂侧4倍左右;在导叶出口处两者差异逐渐减小,轮缘处的幅值比轮毂处仅大40%左右.随着空化余量不断降低,叶轮内空化趋于严重时,空泡发生区的压力脉动幅值显著增大;但在叶轮进口处,由于空化流向叶轮下游发展,叶轮上游流场受到空化的影响较小,在不同空化余量下压力脉动幅值变化较小.     

液氧管路燃气射流冷凝压力脉动传播特性研究

针对液氧/煤油补燃循环发动机液氧管路中,因发动机不稳定燃烧、系统结构振动、阀门启闭等原因产生压力脉动,从而影响推进剂流动及相间传热传质的问题,基于欧拉两流体模型构建了低温两相流动冷凝压力脉动传播数值模型,运用计算流体动力学(CFD)模拟研究了压力脉冲传播下气氧-液氧大温差掺混冷凝的两相流场瞬态分布特性及其松弛特性,分析了压力脉冲极性、幅值和持续时间对流场松弛时间、脉动传播速度和衰减率等传播特性的影响规律。模型预测结果与前人实验数据呈现良好的一致性。计算结果表明：相比于稳定冷凝状态,幅值为100 kPa、持续时间为0.1 s的正压力脉冲使气相冷凝长度缩短9.3%,相同参数的负压力脉冲则使其相对延长7%。正脉冲幅值的增加使得其平均传播波速增大、衰减率减小,负压力脉冲则相反;波速和衰减率与脉冲持续时间呈负相关性,随脉冲持续时间由0.01 s增长至1 s,正、负压力脉冲平均波速减小约65%,平均衰减率分别减小约51%和90%;松弛时间随脉冲幅值、持续时间的增加均增加,对脉冲极性的依赖性很小。该计算结果可为液氧/煤油补燃循环发动机推进系统动特性分析提供有效依据,为提升低温液体火箭安全性和稳定性提...     

基于脉动气流的不同颗粒流化特性研究

为了获得更适合细粒煤分选的介质,降低分选误差,为提高分选效果提供理论依据,利用脉动流化床,通过控制气流的脉动频率及气流速度,分别测量Geldert A、B两种颗粒组成床层的压力波动和密度特性,研究床层颗粒的流化效果。结果表明:Geldert A类颗粒的流化特性曲线中由于颗粒相互粘附出现的突破点随着脉动频率增加消失,在脉动频率为3.49 Hz时,最小流化速度的极小值为5.68 cm/s,Geldert B类颗粒在脉动频率为5.24 Hz时,最小流化速度的极小值为10.0 cm/s,Geldart A类颗粒易于流化; Geldert A类颗粒压力信号受气泡及气流干扰出现二次波动,压力信号由床层底部到顶部幅值出现耗散,幅值降低,波形混乱,周期性不明显;此外,两种颗粒密度标准差随频率及气速的增大均先减小后增大,Geldert A类颗粒密度标准差较Geldert B类小,床层均匀性好。     

基础振动下电磁换向阀压力流量特性研究

针对基础振动对电磁换向阀压力-流量特性的影响,采用控制阀口压差模拟压力损失的方法,同时考虑基础振动引起的阀芯瞬态液动力和电磁力的变化,建立了基础振动下的电磁换向阀的数学模型和仿真模型,实验验证了模型的准确性,分析了基础振动参数和结构参数对阀的压力-流量特性和流量波动的影响。研究表明:小流量、低压降电磁换向阀对基础振动的顺应性较好;基础振动下存在压力-流量特性降低区域和流量波动失效区域,压差为0.7 MPa时的压力-流量特性降低区域是0.4MPa时的45倍;弹簧刚度小于5kN/m时,减小阀芯质量、增大阻尼系数有利于降低流量波动幅值。该研究对基础振动下电磁换向阀的选型和设计提供了一定的理论参考。     

气液同轴敞口型离心喷嘴的自激振荡特性实验

为了研究气液同轴敞口型离心喷嘴的自激振荡特性,采用阴影法和动态测量系统开展了常温大气环境中的喷嘴雾化试验.喷嘴自激振荡时,出口附近存在明显的周期性雾化过程,上游瞬态压力形成周期性脉动,压力脉动、噪音和雾场图像频率高度一致,范围约为1583～5634 H z.通过试验分析了喷嘴流量特性规律,在雾场稳定时和自激振荡时气相与液相相互阻塞均会造成喷前压力升高,液相流量对气相喷前压力影响较大.喷嘴自激振荡频率随气相和液相流量增长,相对液相流量较为敏感,液相流量增至一定临界值,自激振荡消失,而气相流量增长始终伴随自激振荡频率缓慢提高.喷嘴存在自激振荡产生的上下液相边界条件,自激振荡范围随着气相流量增大而变宽,气相对自激振荡起促进作用,而液相阻碍了自激振荡发展.增加内喷嘴壁面厚度时,液膜厚度增加,无量纲气核尺寸减小,自激振荡频率增大.     

凸轮泵内部瞬态流场的动网格数值解析

根据凸轮泵啮合特性建立了渐开线方程,当型线方程的压力角介于40°~50°时,共轭转子相对运动时不产生干涉效应.为了阐明压力角对转子型线方程和几何参数的影响,基于FLUENT动网格模型和局部网格重构的网格变形技术,应用RNG k-ε湍流模型及PISO算法对凸轮泵内部流场进行数值解析.通过定量监测排出端流量波动和吸入端压力脉动,获得不同压力角和不同工况下,流量波动和压力脉动的瞬态特性.结果表明:凸轮泵排出端流量和吸入端压力呈周期性变化,当转子压力角逐渐增大时,二者有减小的趋势;转速是影响流量波动和压力脉动的主要因素,随着转速升高,排出端流量和吸入端压力提升明显,脉动现象明显;当转速升高到一定程度后,排出端速度与吸入端压力的脉动值增加较少.     

湍流激励下橡胶贴敷声呐罩自噪声抑制机制

基于湍流边界层脉动压力功率谱模型、正交周期加筋板弯曲运动、声波和固体波动及随机振动理论,建立了湍流边界层激励下声呐罩壳板自噪声的计算模型.研究发现:橡胶层主要依靠横波传播截止效应抑制湍流脉动压力水动力学成分所致的壳板自噪声,降噪量高低与厚度模态有关,同时可以保持声波高透射.随着声呐罩外贴的橡胶横波波速减小或阻尼因子增大,橡胶贴敷声呐罩对湍流脉动压力的降噪效果明显.正交周期加筋板的板格尺寸改变,比如流向肋骨或展向肋骨间距较小,会使壳板振动加速度自功率谱共振峰频率向高频移动,但是壳板振动加速度或壳板内侧声压自功率谱整体幅值基本不变.     

异常低水头下水泵水轮机压力脉动特性分析

为了研究水泵水轮机在异常低水头下内部流动的压力脉动特性,以某抽水蓄能电站模型水泵水轮机为研究对象,基于大涡模拟方法,对模型机组进行全流道非定常数值计算.结合试验数据,分析异常低水头下流道内不同位置处压力脉动特征和流态特征,讨论流量变化对机组压力脉动特性的影响.结果表明:异常低水头下,压力脉动主要由"导叶-转轮-尾水管"之间的两级动静干涉以及肘管段结构弯曲引起水流撞击等因素共同引起;流量变化对导叶后转轮前压力脉动的频率和幅值影响不大,仅在小流量区有所区别;尾水管内压力脉动的低频值和幅值受流量变化的影响较大,而高频值则在各种流量状况下均未出现.与正常运行工况相比,水泵水轮机在异常低水头工况下的压力脉动特性明显增强,对机组的稳定性和安全性造成了十分不利的影响.     

强驻波声场中脉动速度特性

利用激光多普勒测速仪对管内空气强驻波声场中脉动速度特性进行了测量.实验结果表明:强声场对流场有很强的调制作用,使流场产生了与声波同频率的周期性脉动,且脉动幅度随着声场强度的增加而增大.管内声场强度不大时,实验值与理论值吻合较好;声场强度超过160dB后,出现了声湍流现象,实验测量值与理论计算值之间存在明显的偏差.当管内压力波幅处声场强度达到164 dB时,距离反射板130 mm位置处(sin kx=0.67)湍流脉动速度均方根值为3.50 m/s,达到了该位置处脉动速度幅值的45%,表明强驻波场声湍流脉动非常剧烈.     

竖井面积对高速列车越站瞬变压力影响的试验研究

针对高速列车全速通过地下车站时所引起的瞬变压力问题,采用列车气动性能动模型试验装置,对8编组高速列车以速度300 km/h通过地下车站时的气动效应进行模拟,分析车站内设有竖井时列车表面、站台屏蔽门表面压力分布特性以及竖井面积对瞬变压力的影响。研究结果表明：当高速列车通过设置有竖井的地下车站时,列车表面、屏蔽门表面左右对称测点压力变化趋势基本一致,压力幅值相差不大;屏蔽门表面压力幅值沿纵向逐渐增大,沿高度方向则变化不大;随着竖井面积增大,列车、屏蔽门表面测点压力幅值均不断下降,相较于无竖井工况,列车表面测点压力幅值最大可降低48.87%,屏蔽门表面测点压力幅值最大可降低71.07%,其中,当竖井面积与隧道面积之比超过0.26时,进一步增大竖井面积,竖井对列车表面、屏蔽门表面的压力幅值的影响不明显。