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.     

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...     

轴向柱塞泵的流量脉动对压力脉动的影响及分析

研究轴向柱塞泵的流量脉动对压力脉动的影响,通过对流量方程进行傅里叶变换,求得流量方程的另一种表达式,得出对压力脉动的影响参数。通过调节或改变这些参数来降低压力脉动,即系统加与不加阻尼两种情况下各自的压力脉动,得出了在系统中加阻尼后,起到阻容滤波的作用,在一定程度上减小了压力脉动的幅值。     

DN25型单座调节阀空化特性数值模拟研究

针对DN25单座调节阀在开度较小的工况下有效流通面积很小、前后压差较大和介质流速快而导致空化现象较为严重的情况,利用计算机液体力学(CFD)软件FLUENT对该型调节阀的原始结构进行流场数值模拟,采用Mixture多相流模型、Realizable k-ε湍流模型和Schnerr-Sauer空化模型计算调节阀在10%阀芯开度下内部流场及空化状况。结果表明,该型调节阀的阀座及阀芯密封副表面空化状况较为严重。文中通过改变阀芯的关键参数对其进行了结构优化,并采用相同物理模型经过多次试算,并对计算结果进行比较。结果表明,当阀芯密封面与垂直方向的角度α=50°,阀芯密封面长度L=5. 5 mm,并对阀芯密封面上下两侧拐角倒圆角后,阀芯表面的空化区域可减少60%以上。     

基于空化流动计算的混流式水轮机尾水管的压力脉动

为了保证混流式水轮机运行安全,分析了尾水管内部的空化流场.假设气液混相均质,并考虑不可凝结气相,采用基于组份输运方程,求解了尾水管内气液混相均质流的雷诺平均N-S方程以及气相组分输运方程.结果表明:不同装置空化系数下尾水管压力脉动主频率变化不大,但在极低的装置空化系数下,削波现象导致更低频率成分的出现.在较大的装置空化系数下,空化涡带直径较小,压力脉动幅值随装置空化系数的变化不明显;换当装置空化系数小于某一临界值后,随装置空化系数的降低,压力脉动幅值增加并达到一个最大值.计算结果解释了模型试验现象.     

考虑空化的外啮合齿轮泵流量特性仿真分析

利用PumpLinx软件,耦合标准k-ε湍流模型和Singhal全空化模型,对外啮合齿轮泵进行CFD数值仿真,分析齿轮安装中心距、负载压力、液压油含气率对齿轮泵流量特性的影响.结果表明:随着安装中心距的增大,齿轮泵困油现象得到缓解,但流量脉动系数明显增大;随着负载压力的升高,齿轮泵的平均输出流量小幅下降,流量脉动则呈现...     

对旋风机叶轮内部流场的压力脉动分析

采用大满模拟(LES)方法对一台对旋式轴流风机进行了三维全流场内非定常流动的数值模拟,在前后级叶轮流场的关键位置布置了若干监测点,在几个旋转周期内采集了各监测点处的压力数据,通过快速傅里叶变换方法将采集到的压力数据进行处理,得到各监测点的压力脉动频域图,通过频域图分析了监测点处压力脉动的频率、强度及形成原因.研究结果可为对旋风机气动噪声分析和风机的优化设计提供参考.     

离心泵内部非定常空化流动特征的数值分析

运用完整空化模型和混合流体两相流模型,对比转数为130的离心泵流道内部的空化流动进行了定常及非定常的数值模拟.预测了叶轮流道内空化发生部位和发展程度,对蜗壳隔舌附近处流场的压力场进行了监测,得到了压力脉动的变化规律.结果表明:空化初生位于叶片背面进口边附近处,随着进口压力的降低,空泡分布区域及空泡体积分数不断扩大,当空化严重时,叶片工作面上会有空泡聚集;在叶轮的1个旋转周期中,单个叶片表面上的空化发展程度随叶轮与蜗壳相对位置的改变而发生规律性的变化;压力脉动频率存在明显离散特性,叶片通过频率下的脉动幅值较大;随着空化程度的发展,空化流动诱导泵流道内压力脉动幅值不断增加,并且两者存在相互对应关系.     

凌津滩船闸输水廊道内动水压力及其脉动特性

对中水头单级短廓道输水船部－凌津滩船闸进行原型观测,资料分析表明：输水廓道工作阀门启门过程中,阀门下游廓道内动水压力的脉动普遍较大;阀门小开度时阀门门后及弯段内侧部位可出现瞬时负压,并于阀门门后廓道的上部出现很大的负压脉冲,负压脉冲持续时间不长,频谱分析未发现水流空化的迹象,动水压力的脉动属非空化流低频脉动性质。     

复杂泵体压力脉动特性的数值模拟

为了揭示复杂泵体水力的不稳定性,以减压塔底泵为例,利用计算流体动力学（CFD）对泵内部非定常流场进行数值模拟计算.根据得到的蜗壳内压力脉动情况,对其时域和频域进行分析.结果表明：各工况下压力脉动频率均以叶片通过频率为主,且次级蜗壳内的压力脉动比首级要明显;蜗壳内压力脉动最大值出现在隔舌附近,且沿蜗壳流道螺旋线方向压力脉动幅值依次减小;设计工况下蜗壳内压力脉动强度小于非设计工况下的,次级蜗壳隔舌处小流量工况下压力脉动幅值约为设计流量时的2.63倍.     

自振空化水射流冲击压力脉动的实验研究

研究了在常压和围压达到６ＭＰａ条件下，时域和频域上自振空化水射流的压力脉动特性．给出了评价压力脉动特性优劣的三个参数：最大脉动峰值压力、压力脉动幅度和脉动压力峰值差，得到了三个参数沿轴向和径向的变化规律及喷距、泵压、围压对射流压力脉动的影响规律。实验表明．自振空化射流存在最优喷距．在此喷距下脉动最强；在常压和围压条件下脉动规律不同，脉动随围压的升高而加剧．通过对风琴管脉冲喷嘴的改进，得到了一种新型的自振空化射流喷嘴。实验证明．这种新型喷嘴可提高射流的压力脉动强度及破岩效果。     

单级压力调节阀的阻尼孔射流响应特性分析

为揭示带阻尼孔的压力调节阀的稳定性机理,运用流固耦合方法计算了阶跃和周期性流量脉动信号激励下阀芯的响应过程,得出了不同阀腔结构条件下阀芯的轴向振动特征和阀口前端阀芯表面压力分布及其变化规律。研究发现,阀内阻尼孔射流流束冲击阀芯表面,使得阀口前端阀芯表面呈现射流冲击区和静压区两部分,阀芯的轴向振动幅值主要取决于射流冲击区和静压区二者液压力的相位差,当静压区和射流冲击区的液压力相位差趋于180°时,阀芯及其轴向振动幅值将大幅减小。研究结果为压力调节阀的设计提供了新思路。     

低比转速离心泵非定常空化流动特性

为了研究低比转速离心泵的空化流动特性,基于SST k-ω湍流模型和ZGB空化模型,在不同进口压力条件下对离心泵内部空化流动进行三维非定常数值模拟,研究了离心泵在发生空化时不同位置的压力脉动规律和空泡体积变化规律.结果表明:空化发生后叶轮压力脉动主频为叶频,流道进口处次频脉动幅值增长明显;空化时叶轮流道靠近叶轮出口处的压力脉动幅值增长率与叶轮流道进口处压力脉动幅值增长率相比增长更明显;空化时叶轮流道进口处的压力脉动与叶轮流道、出口及隔舌处压力脉动相比存在迟滞现象;空化过程中空泡体积的增长过程是非线性的.     

喷水推进器内非定常压力脉动特性

基于RANS方程和SST湍流模型,对喷水推进器内非定常流场进行数值模拟.经网格无关性分析后,计算得到的功率、推力与试验值对比最大误差小于4%.分析了设计转速工况和自航工况时叶轮进口、叶轮出口、导叶中部和导叶出口压力脉动的时域和频域特性.结果表明:喷水推进器内最大压力脉动发生在叶轮进口;受不均匀来流影响,叶轮进口从80°至140°半径方向的压力脉动较大;在叶轮进口与出口处,压力脉动主要受叶轮叶频控制,从轮毂到轮缘脉动幅值逐渐增大;设计转速条件下,喷水推进器运行于设计航速工况时叶轮进口压力脉动最小;自由航行时,压力脉动频率与喷水推进器转速呈线性关系,脉动幅值随航速增加而升高.     

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...     

低脉动齿轮泵瞬时流量特性研究

从分析齿轮泵的流量特性入手,通过MATLAB对齿轮泵流量特性的仿真,分析了径向齿轮泵中心轮齿数的确定原则,阐明了利用径向并联式齿轮泵和轴向并联式齿轮泵齿轮错位安装的办法,可显著降低齿轮泵的流量脉动。研究表明:四对错位安装的多齿轮泵的流量脉动只有普通外啮合齿轮泵流量脉动的1/16,流量脉动频率比普通外啮合齿轮泵快4倍,该泵的流量特性也明显优于普通内啮合齿轮泵,该研究为进一步开发该种高压、低脉动齿轮泵奠定了基础。     

调节阀流量特性对系统控制质量的影响

结合华润赛力事达玉米深加工项目中的流量调节阀,详细分析了调节阀的流量特性在实际使用中由理想的固有流量特性畸变成工作流量特性的因素,及其对系统控制质量所造成的影响,提出了选择合适流量特性改善控制质量的方法。     

喷水推进泵压力脉动特性数值计算及分析

针对喷水推进器装船后不均匀来流对压力脉动特性的影响,以某巡逻艇喷水推进混流泵为研究对象,基于RANS方程和SST湍流模型,通过流体动力学软件CFX稳态计算,进行了巡逻艇航速数值预报,所得计算值与试航值误差为1.8%,从而验证了计算流体动力数值计算的可信性。采用分离涡模拟方法,对敞水泵和装船泵进行了三维非定常数值模拟,计算分析了叶轮进出口、叶轮内部、导叶内部及喷口5个截面和叶轮叶顶间隙处的压力脉动,并对不均匀来流带来的差别进行了研究。结果表明:在敞水泵和船后泵的叶轮出口、导叶内部,水流距叶轮越远,压力脉动影响越小,压力脉动频率取决于叶轮转动频率,压力脉动幅值沿轮毂到轮缘逐渐增大,船后泵压力脉动幅值整体高于敞水泵;对于均匀来流,敞水泵旋转域叶轮室的压力脉动频率主要受导叶的影响,船后泵则受轴频的影响,二者压力脉动幅值在叶顶间隙处均从叶顶沿导边到随边逐渐增大;对于敞水泵,流道出口压力脉动频率主要受叶频控制,对于船后泵,压力脉动频率为轴频。     

大型水电站分层取水叠梁门的脉动压力特性

为减少下泄低温水对下游生态环境的影响,某水电站进水口拟采取叠梁门分层取水方式.由于过流方式不同,叠梁门与普通平板闸门在荷载特性上存在明显差别.通过模型试验对进水口叠梁门的脉动压力进行测量,结合数值模拟结果,分析了叠梁门上脉动压力的分布规律及荷载特性.结果表明:在所有工况下,作用在叠梁门不同部位的脉动压力特性不同,但均在叠梁门下游侧底部出现了较大的脉动压力;叠梁门下游侧底部大漩涡产生的脉动压力是诱发叠梁门流激振动的主要激振力.提出了一种针对叠梁门顶部过流计算激振力的简易方法,可供工程设计参考使用.