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.     

基于质量守恒边界条件的液压缸织构表面空化模型

传统的雷诺边界条件没有考虑到微凹坑织构中存在的空化现象,较难准确预测织构化表面的润滑特性。本文以液压缸缸筒-活塞摩擦副为研究对象,基于质量守恒的边界条件,建立均匀分布的微凹坑织构表面油膜压力与变密度两者之间的空化数学解析模型,采用中差分模型和迎风算法进行数值离散,得到摩擦副中油膜的压力分布以及空化生成的位置。FLUENT仿真结果验证了该空化模型的有效性。     

水力空化气液混溶器中空化流场的数值模拟研究

采用二维轴对称模型,对船舶压舱水和饮用水处理装置中应用的水力空化气液混溶器的空化流场进行了数值模拟,研究了不同压力比值条件下,空化数、流量系数、含气率和气相质量交换率变化及分布情况.研究结果表明:当压力比值小于等于0. 7时,水力空化气液混溶器中能够产生稳定的空化现象.空化发生时,流量稳定,不受压力比值变化影响.在空化流动中,含气率呈现振荡状态并逐渐趋于某一稳定值.仅当压力比值为0. 2时,含气率呈周期性振荡.空化溃灭总是发生在尾流区域,因此水力空化水处理过程主要发生在空化泡尾流区域.研究结果为船舶压舱水和饮用水处理装置高级氧化工艺优化和设计提供了技术参考.     

空化初生最大应力判据及其应用

针对空化会在局部压力大于汽化压力时发生的现象,提出空化初生最大应力判据.对最大应力判据进行了理论推导.通过对Clark-Y翼型周围流动的数值模拟,对比分析了包含各向异性粘性项（即剪切应力）的最大应力判据,与传统的只考虑各向同性非粘性项的压强判据的不同,用总应力代替传统的临界压力进行了空化流动模拟.计算结果表明,由最大应力判据得到的初生空化数小于传统的只用汽化压力判断空化的初生空化数,空化起始位置与后者相比更靠近翼型导边,空化起始位置也不在压力系数最小的位置;由总应力表示的临界压力对升、阻力等宏观参量的影响不大.最大应力判据主要用于判断空化初生.     

空化初生的热力学影响研究

从非平衡态热力学理论出发,建立了有相变发生时球形气核与围流液体之间能量流和物质流的方程式．在此基础上,确定了自由气核空化初生的条件,并结合气泡动力学对此进行了深入的讨论,提出了判断满足空化初生条件的标准     

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.     

空化对离心泵低频水力振动影响的数值研究

选择k-ε湍流模型和空泡动力学理论对离心泵内部的空化流场进行计算,获得了三种不同空化阶段(无空化、空化初生及空化充分发展)叶轮内部气泡分布规律,捕捉了叶轮受力以及蜗壳壁面和叶轮出口压力脉动的动态信息.时频分析结果显示:数值仿真场中压力和受力在空化不同阶段表现出不同的时频特性;随着进口压力的降低,气泡首先在叶片背部产生并逐渐随水流扩展;在不同空化阶段,蜗壳内压力脉动主频均为叶频,蜗舌处压力脉动幅值最大;当远离蜗舌时,叶片作用大于动静干涉,叶轮出口出现了比蜗壳壁面更多的高频成分;叶轮Y向动态受力峰峰值变化幅度明显大于X和Z向,空化的发展主要引起叶轮Y向振动加剧.     

螺旋桨空化初生的判定和空化斗的数值分析

摘要：
为了实现空化多相流模拟在螺旋桨空化初生和空化斗预报中的应用,采用改进Sauer空化模型和修正剪切应力输运(SST)湍流模型,对NSRDC4381桨的叶背和叶面片空化初生、梢涡空化初生和空化斗底线特征进行了模拟、校验和分析,提出了“当σ>σi时,叶梢截面压力系数分布不再改变”的空化初生判定准则,并分析了其适用范围. 同时,将空化斗由传统的三区细分为五区,以更准确地描述不同工况点的桨叶空化状态. 结果表明,在设计和非设计进速系数下,预报桨叶叶背和叶面不同叶截面的初生空化数均与实验值吻合较好;模拟梢涡空化初生再现了局部梢涡空化和导边梢涡空化同时存在的现象,证明了分别用叶背07 R截面和叶面04 R截面的片空化初生曲线来表征叶背和叶面可视梢涡空化初生的合理性. 空化初生判定准则适用于空化斗底线上方的叶背和叶面片空化区. 将空化斗底线下方区域进一步细分为叶背03 R至叶梢的片空化区以及叶背与叶面同时片空化区,以更好地在工程中应用空化斗来描述桨叶空化形态和求取空化航态的航速.     

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.     

空化初生的热力学影响研究

人非平衡热力学理论出发，建立了有相变发生时球形气核与围流液体之间能量流和物质流的方程式，在此基础上，确定了自由气核空化初生的条件，燕结合敢泡动力学对此进行了深入的讨论，提出了判断满足空化初生条件的标准。     

闭式斜盘轴向柱塞变量泵配流副空蚀现象分析

以具有正开口双侧减振槽结构配流盘的闭式斜盘轴向柱塞变量泵为研究对象,考虑介质可压缩性,采用均质多相传输方程、标准k-ε湍流模型和全空化模型,研究了柱塞泵配流副表面空化流场时空动态演化过程,并与缸体配流表面空蚀破坏实验结果进行了比对.结果表明,缸体间隔区处气蚀破坏位置、破坏面积与配流过渡过程配流副表面空化发生的位置、空化...     

油液减振器空化异响成因分析

对油液减振器工作原理进行了剖析,对空化异响产生的机理进行了分析,并建立了相应的力学模型,对正常和空化异响减振器的活塞杆加速度的时域响应进行了仿真,仿真结果与通过减振器异响检测设备所测得的活塞杆加速度时域信号进行了比较,验证了理论仿真分析方法的正确性。研究结果表明,空化将引起减振器异响和异常振动,空化减振器活塞杆加速度的时域波形、功率谱、双谱等特征信号明显区别于正常减振器,并提出改善空化异响的对策。     

格构锚固边坡地震响应的振动台试验研究

设计并完成比例尺为1∶8的边坡大型振动台模型试验,研究格构锚杆框架支护边坡在汶川波水平向、竖直向和水平竖直双向激振下的动力响应特性.研究结果表明:3种激振方式都会使边坡产生水平和竖直向加速度动力响应,且呈现出明显的非线性特征.水平向激振主要产生水平向加速度放大效应,边坡上方动力响应强度比中下方动力响应强度明显,内部动力响应强度比坡面动力响应强度明显;竖直向激振主要产生竖直向加速度放大效应,边坡中上方坡内动力响应强度大于坡面动力响应强度,边坡下方坡内动力响应强度则稍弱于坡面动力响应强度;加速度动力响应峰值放大系数(PGAA)随坡高也呈显著的非线性特征:在水平向激振下,水平和竖直向PGAA都是随坡高非线性增大;在竖直向激振下,水平向PEAA和激振加速度峰值AZmax≥0.400g时的竖直向PGAA随坡高非线性增大;在水平和竖直双向激振下,边坡中下方水平向PGAA和AXmax≥0.400g时竖直向PGAA随坡高非线性增大.3种激振方式下动位移响应主要出现在水平方向上,且呈现出非线性特征.水平向或水平竖直双向激振下,主要产生水平方向的永久位移,其量值接近但方向相反;竖直向激振下产生的水平和竖直向永久位移较小.3种激振方式下主要产生水平方向动土压力响应,响应程度比较接近,呈现出非线性特征,动土压力峰值的最大值都出现在坡中.     

Structural Optimization of Damping Groove Based on Valve Plate Dynamic Cavitation Response Model

To reduce cavitation occurring on valve plate of piston pump,an optimization design method was introduced to quantitively analyze the accurate relationship between structural jet groove parameters and cavitation. Using the computational fluid dynamics（ CFD） method,the absorbing and discharging processes in piston pump were simulated dynamically. The damping groove＇s structure effects on both jet angle and pressure shock were analyzed visually with a series of different parametrical grooves. By establishing parametrical damping groove model,the piston pumps＇ dynamic analysis was integrated with CFD analysis,experimental design and approximation model, etc. The mathematical model of plunger pressure during oil back period,jet angle and structural parameters of damping groove were established in the form of second-order response surface method（ RSM） model. The damping groove structure of valve plate was optimized on the basis of the RSM model. Test data shows that the anti-cavitation performance of optimized valve plate was obviously improved. And this method provides theoretical foundation for the structure design of damping groove.     

基于实车驾驶数据的信号交叉口车辆运行特性

为得到信号交叉口的车辆运行特性和驾驶模式,开展实车驾驶试验,采集车辆在自然驾驶状态下通过信号交叉口的速度、加速度等运行参数,得到了车辆速度和纵向加速度的变化趋势、分布范围和统计特征值,分析了车速与行驶距离的相关性,确定了减速停车和起步加速的驾驶模式。结果表明：车辆驶入交叉口时在停车前100米范围内车速下降最明显;而绿灯启亮后,车辆在头50米内速度提升最明显。减速距离与初速度之间具有较高的关联度,加速距离和稳定速度之间的关联度略低。减速度总体上大于加速度,85分位减速度为1.19 m/s2,85分位加速度为1 m/s2。减速度峰值出现在停车前5秒内,而加速度峰值出现在起步后的3秒内。本研究可为跟驰模型和微观交通仿真提供参数标定值,为城市交叉口信号配时和交通管理提供实际数据参考和理论依据。     

固体颗粒强化泡状沸腾换热机理的研究

在液体中加入固体颗粒添加剂是强化沸腾换热的一项新技术，本文讨论了加热面附近颗粒－液体－蒸汽三相流动工况，着重分析了处于流化状态的固体颗粒强化沸腾的机理，获得了流化颗粒床泡状沸腾的计算式．     

内燃机活塞拍击仿真分析

建立了活塞与缸体拍击的有限元模型,施加边界条件后进行了初步瞬态响应分析,发现缸体表面振动加速度仿真结果与试验吻合,验证了模型的正确性。基于此模型,分析了活塞在气缸内的运动规律,并分别研究了不同曲轴转速下的拍击力变化趋势、活塞销偏置量和活塞间隙对活塞拍击力的影响。结果发现:合适的负偏置和小的活塞间隙有利于降低活塞拍击力;在低转速时燃气爆发时刻的活塞拍击力占主要,高转速时燃气爆发时刻的拍击力相对不明显,为内燃机的性能改进提供了依据。     

平面闸槽区初生空化数估计

用雷诺方程按有限分析法计算了平面闸槽区附近的平均紊流场——包括平均 速度分布，涡量分布和压强分布等。计算表明，当来流流速ｕ∞不同时．压力系数Ｃｐ 分布是不同的。根据空泡动力学理论，计算的初生空化数和估计的空比初生位置随ｕ∞ 而变．计算结果基本上和实验相符合。     

三种空化模型下挤压油膜阻尼器空化流场特性对比

为准确预测挤压油膜阻尼器空化流场特性,基于ANSYS-Fluent软件建立非同心型挤压油膜阻尼器三维非定常空化流场求解模型.分别采用Zwart-Gerber-Belamri(Z-G-B)、Schnerr-Sauer(S-S)及Singhal三种空化模型计算得到挤压油膜阻尼器各测点的压力结果,并将其与实验数据进行对比,比较了三种空化模型下阻尼器内的油膜压力与气穴分布、流场中的气穴比以及油膜力特性.结果表明,三种空化模型中S-S模型的数值结果与试验数据最为吻合,适用于描述挤压油膜阻尼器空化流场特性,为挤压油膜阻尼器空化流场模拟提供了可靠的模型和方法.