动态调速工况液力偶合器瞬态流场PIV试验

为了分析大功率液力偶合器在调速工况中能容下降、效率降低及输出特性失稳等问题产生的原因,建立了液力偶合器内/外特性同步测试试验台,采用PIV(粒子图像测速)流场测试的方法分析动态调速工况下偶合器涡轮内部瞬态流动特性.将动态调速与对应稳态工况在径向/轴向切面的流场测试对比,结果表明:在环流转换的调速过渡区间内,受气相的干扰流道中部出现较大的低速区,与对应稳态工况流场差别较大;在额定工况附近及其他调速工况点,速度流场变化趋势与稳态工况相当;随着动态调速工况转速差的增加,在轴向切面内显示多尺度气泡弥散在液相中并随着液体质点做螺旋运动,在涡轮入口吸力面附近逐渐出现大面积的低速区且其分布区域逐渐增大,最终在速度梯度较大的涡轮入口靠近吸力面处形成主漩涡.     

基于PIV试验的水介质液力偶合器涡轮流场仿真评价

为揭示水介质液力偶合器涡轮流场的特征及演化规律,基于计算流体动力学(CFD)技术,采用4种湍流模型(DES、DDES、IDDES、LES)仿真制动和牵引工况下的涡轮流场结构.通过粒子图像测速(PIV)试验,采用静态、动态图像标定方法实测涡轮流场图像.通过PIV流场试验结果与CFD仿真结果的对比评价4种湍流模型的适用性.结果表明:制动工况下,LES模型对主流区域多尺度漩涡流场结构的仿真结果趋于真实,流速为3. 52～3. 81 m/s,涡量为480～540 s-1; IDDES模型对叶片近壁面区域流速场的仿真表现卓越,流速为3. 14～3. 51 m/s,而DES模型对该区域内涡量场的仿真较好,涡量为500～570 s-1.牵引工况下,DDES和IDDES模型的仿真结果失真; DES模型对主流区域漩涡流场结构的仿真效果不如LES模型,但是能够体现多尺度涡旋沿圆周方向运动的基本趋势; LES模型的仿真结果与PIV试验结果吻合,能够体现沿圆周方向运动的多尺度涡旋之间的相互混合作用,流速为1. 40～3. 60 m/s,涡量为30～130 s-1.研究结果可为精确仿真液力偶合器涡轮流场提供一定的技术指导.     

大功率限矩型液力偶合器耦合流场特性预测

为实现对大功率动压泄液式限矩型液力偶合器流场特性预测,有效指导偶合器产品设计,减少产品的开发周期和成本,以循环圆直径为560mm的动压泄液式限矩型液力偶合器为研究对象,分别对其在不同充液率、典型工况下的流场进行数值计算和分析.基于工作液体在偶合器工作腔和多个辅助油室内部循环、耦合流动的特点,计算中采用了滑移网格瞬态流场计算方法,气-液两相流模型选用混合物模型,实现了对其内部流场分布情况的预测,并对其外特性进行计算.通过将其与台架试验获得的外特性相对比,对计算流体力学(CFD)数值计算方法的有效性和适用性进行评价,为限矩型液力偶合器流道结构的设计和优化提供了依据和方法.     

大功率调速型液力偶合器温度场分析

利用计算流体力学CFD(Computational Fluid Dynamics)方法对大功率调速型液力偶合器工作腔温度场进行数值计算,为了证明YOCQZ465液力偶合器具有较好的换热能力,建立两个几何模型:一个是YOCQZ465型液力偶合器流道模型,另一个是假设泵轮和涡轮上没有进出油孔的流道模型,通过对两者的计算结果分析可知,在泵轮外环内缘和涡轮外环外缘上开进出油孔能够加快工作腔内液体与冷却油的热交换,使液力传动油的温度被控制在合理工作温度范围内。将YOCQZ465型液力偶合器工作腔温度场计算结果与试验数据进行对比,结果表明,液力偶合器工作腔温度场的计算结果与试验数据基本吻合,证明所使用的数值计算方法具有一定的可靠性。     

涡轮桨搅拌槽内流场的数字PIV测量

为研究机械搅拌槽内的流场特性,用数字粒子图像测速仪对桨叶直径与搅拌槽直径比约为0.5的涡轮桨搅拌槽内流场进行了测量。实验发现测量值随时间的随机脉动非常剧烈,为准确获取时均速度场,确立了多采样点平均的实验方法并进而找出了最佳采样点数。在获取的时均速度场的基础上计算了流量准数、涡量和湍动能的分布,考察了转速和测量面位置对流场的影响。结果表明:湍动能分布不均匀,在叶轮区较高,而在主体区较小;由于自由液面的作用,湍动能在高度方向上呈非对称性分布,并且这种非对称性随转速的变化而变化。     

改进PIV技术在测量搅拌槽内流场中的应用

简化了粒子成像测速技术(PIV)的数据采集系统,通过AUTOCAD的二次开发,改进了PIV的图像处理.降低了成本,提高了测量精确度,并使之能适用地大尺寸、流质透明度较差的搅拌槽体系的流场测量.将改进PIV技术应用于搅拌槽内质量分数为0.6%CMC水溶液和清水流动场的测量,粒子图像清晰、数据准确可靠.     

多时距PIV技术在复杂流场测量中的应用

采用一种多时间间距适配(多时距)的粒子图像测速(PIV)技术对静水与横流环境下的垂向圆管射流流场进行测量,对比分析了多时距PIV技术测量结果的可靠性,探究了静水与横流环境下垂向圆管射流的运动特性。结果表明,多时距PIV技术得到的测量结果能够精确反映射流在静水和横流环境中的时均特征和紊动特征,且其精度明显优于传统PIV技术所得到的测量结果。研究发现,多时距PIV技术可既方便又精准地测量视窗内速度变化大的流场。     

四通道燃烧器冷态流场优化的PIV测量

利用粒子成像测速仪PIV对水泥生产中回转窑冷态模型内四通道燃烧器出口附近的流场进行测量,考察不同的轴流风、旋流风、煤风和中心风之间的比例关系对流场的影响作用,分析了四种不同工况下的燃烧器出口的流场特性．结果表明轴流风和旋流风速度对燃烧器形成的射流场影响最显著．其中轴流风促进内部回流区的形成,旋流风减弱内回流区的形成,但能够加强流体和煤粉的充分混合,避免煤粉燃烧时局部高温区的形成．因此适当增加轴流风量和旋流风量可以起到降低烟气中的NOx含量的作用．     

径向、前倾平面轮叶液力偶合器的试验研究

在内燃机車液力传动装置中,用于液力制动的液力偶合器以及用于主傳动中高速擋的液力偶合器,均要求泵輪具有較高的扭矩系数,以便减小波力偶合器的尺寸。文内提出了用輪叶向前傾斜来提高泵轮扭矩系数的方法。通过理論分析和实物試驗,說明用輪叶向前傾斜来提高泵輪扭矩系数的方法是十分有效的。     

微距PIV测量球床多孔介质单孔流场实验研究

PIV技术是20世纪80年代发展起来的一种瞬态、多点、无接触的流体力学测速方法。它能够在不干扰流场的情况下,实现对流场瞬时和全局测试。本次试验在现有PIV中添加微距镜头,对多孔介质某一孔隙的流动特征进行检测和分析研究。实验选用的多孔介质是由直径20 mm的水晶玻璃球随机堆积而成,孔隙率为0.5923,迂曲度为1.33,选用的流体为65%苯甲醇和35%无水乙醇混合液,其折射率须与多孔介质完全匹配。经过微距PIV实验,得到多孔介质某一孔隙内的流场矢量图。分析发现：低雷诺数时,流体流动受外界干扰随机扰动,方向出现波动性,随着雷诺数增加,惯性力增强,干扰和波动性被抑制,流动变得稳定规则,流线为直线;当雷诺数达到154.1时,开始出现局部流线弯曲,因而可以认为此时多孔介质进入流动转捩期,当雷诺数超过214.9时,流动进入完全湍流,全场流动转为不规则流动,同一雷诺数下不同区域流动大小方向不断发生变化,不同雷诺数下同一区域的流场也不相同。同时还发现,不稳定流动可能源于某些未被惯性抑制的随机流动。当雷诺数超过482.2后,横向流动或者旁路流使湍流流动愈益复杂,不同位置交替出现流体的聚团和剥离消散。这些为多孔介质内部流动转捩机制提供了深入认识和新的发现。     

圆形截面管路内PIV流场测量的直接校正方法

为修正圆形截面管路内PIV（粒子图像测速）流场测量中的图像畸变,建立了一种基于光学原理的直接数值校正方法.该方法不受流体饱和温度限制,可对坐标和速度矢量进行同步校正,壁面附近的光学畸变也能够进行较好还原,同时不需要额外的辅助设备.采用Fortran语言编制了通用的计算机代码,只需改变程序相关输入参数,即可应用于其他条件下的图像校正.使用方形规则化网格对其进行了验证,误差不超过3%.对于双层圆形管壁内低温气液两相流动的PIV流场测量实验,该方法能够给出满意的校正结果.
     

无滑差液力偶合器及其性能测试结果分析

介绍了无滑差液力偶合器的结构、工作原理和工作特点 ,通过对其性能测试分析 ,探讨无滑差液力偶合器的节能途径     

液力变矩器泵轮内部流动PIV测试与分析

为了能够设计出性能优良的液力变矩器,合理利用内部流动规律来提高效率,更好地分析其内部流动情况,利用有机玻璃来制作液力变矩器的模型,进而增加模型的透明性,实现液力变矩器泵轮内部流动的可视化,采用激光粒子测速技术(particle image velocimetry,PIV)对液力变矩器泵轮内部流场进行测试.针对不同工况下的液力变矩器泵轮内部流场进行试验,采集了其内部流场在制动工况(i=0)、牵引工况(i=i*)和空载工况(i=1)的径向和轴向的流动二维图像,并作了定性分析.结果表明:通过采集的图像可清晰地看到代表液流流动的示踪粒子的速度大小和方向;利用PIV测试技术测量液力变矩器内部流场是可行的.     

四斜叶桨搅拌槽内部流场PIV试验研究

针对搅拌槽内非牛顿流体混合不均匀问题,基于无接触式粒子图像测速技术(PIV)研究了四斜叶桨带挡板搅拌槽内非牛顿流体流场流动状况.PIV试验采用透明的黄原胶溶液作为非牛顿流体.试验结果表明:搅拌转速的变化不仅改变流场的流型,也改变流场的流速分布、湍动能分布及涡量分布的位置和大小;随着搅拌转速的减小,主循环流和反向小循环流的涡心向上偏移,同时在向上偏移过程中,涡型逐渐减小,电机驱动功率也随着搅拌转速的减小而减小;黄原胶溶液质量分数的增大影响了流场的主循环流的流动范围,使搅拌桨下部区域的流动强度明显减小,同时也导致了整个流场流速降低和流体流动传递距离减小,故高搅拌转速是非常有必要的.     

水力旋流器内部流场模拟分析与PIV验证

以直径为140mm水力旋流器作为研究对象,采用计算流体力学(CFD)技术对旋流器内部流场进行数值模拟,并对所建立的模型进行激光粒子图像测速(PIV)实验验证。基于数值模拟和实验结果,分析了旋流器内部压力、切向速度、轴向速度和径向速度的分布。利用PIV技术对旋流器内部流场进行测量,考察了不同入口速度下旋流器圆柱段区域瞬态速度场。通过对比数值计算与测试结果表明:CFD模拟可以有效预测水力旋流器内部流场分布,帮助探索旋流器内的流动状态和分离机理;利用PIV技术测量旋流器内部流动特性和速度分布,其测量结果与CFD计算结果吻合良好,验证了数值模型的准确性。     

液力变矩器流场的数值模拟与分析

用数值模拟技术对液力变矩器内部流场进行研究.首先对YJ380型液力变矩器建模,然后进行有限元网格划分,选择合适的求解器,最后对其进行计算,得到了不同工况下内流场分布的特性,并对结果进行处理和分析.     

双涡轮液力变矩器的涡轮流场数值分析

采用流体分析软件Fluent对D315型双涡轮液力变矩器的内部流场进行了数值计算,并基于计算结果,对不同工况下第一涡轮和第二涡轮的内部流动状况进行了流场分析,揭示出了流动规律.     

钣金型液力变矩器内部流场的分析

通过对某型号钣金型液力变矩器结构进行简化,借助Unigraphics、Gambit软件平台,结合现代计算流体力学理论,利用流体仿真软件FLUENT对变矩器内部流场进行了数值计算.结果表明:这种方法的计算结果与试验结果具有很好的一致性;在启动工况和最高效率工况下,泵轮入口附近,非工作面和外环附近出现了高速高压区,工作面与外环相交处有低速低压区,涡轮的内环面与工作面相交的地方出现了脱流和回流,流道曲率变化最大的地方出现了高压区;导轮在启动工况下,非工作面上有脱流和低速区,最高效率工况下,速度和压力分布相对较好.     

典型调速工况大功率液力偶合器叶轮装配体强度分析

随着大型核/火电站装机容量的大幅度增加,大功率液力偶合器作为电站系统主锅炉给水泵调速的核心元件,其工作叶轮的强度成为影响电站系统安全稳定运行的重要因素.文章以某型液力偶合器叶轮装配体为研究对象,采用单向流固耦合计算方法,建立全流道流固耦合分析模型,其中泵轮与涡轮套的端面定位采用接触算法,用梁单元模拟螺钉联接效果,对典型工况下叶轮装配体结构强度计算分析.结果表明,装配体整体变形和应力随着转速比的增大呈增加趋势,且叶轮变形大小与对应区域旋转半径长度基本成正比,说明离心载荷是影响叶轮装配体强度的主要原因;由于螺钉预紧力效应,叶轮连接区域出现局部应力集中现象;涡轮套内缘是叶轮装配体结构强度的薄弱区域,此分析结果与文献发表结果相吻合.此项研究工作为自主大功率液力偶合器叶轮结构设计及优化提供有效的应用理论指导.     

扰动条件下细粉质砂土浆体流场PIV试验研究

为了研究细粉质砂土在扰动状态下的快速固结沉积的机理,本文对黄河三角洲地区的粉细质砂土在扰动状态下的流场变化规律以及物理性质变化规律进行PIV(particle image velocimetry)实验分析。结果表明,扰动引起侧边孔隙水压力增大,导致土层的力场由重力场主导主编变为扰动力场主导;结合PIV流场分析可知扰动区域分为上部的下沉重力流,下方形成上升的扰动流,底部由土压力主导的沉积区;并结合沉积土体取样分析,颗粒分选呈现抛射迁移规律,细颗粒在抛射过程呈现密度差,流体在流动过程中呈现速度差分选;通过试验现象以及力学分析建立浆体流膜分选理论分析模型,与PIV测试试验结果分析较为吻合,能够有效解释扰动条件下粉细质砂浆体流场运动及颗粒分选规律,并为相关工程提供理论基础。