对旋风机非定常湍流计算及整机压力脉动分析

利用Realizable k-ε湍流模型对某对旋风机进行了全流道非定常湍流计算,预测了前后两级叶轮附近两对动-静干涉面以及一对动-动干涉面上压力脉动的频域分布情况,分析了压力脉动沿干涉面径向的传播变化规律.分析结果表明,后级叶轮叶片对叶轮区域压力脉动的影响要远大于前级叶轮.分析结果可以作为对旋风机叶轮部分气动噪声预估的参考依据.     

多级离心泵整机流场三维非稳态湍流压力脉动特性分析

为了探究离心泵内部非稳态流动引起的压力脉动现象及其特性,以某型多级离心泵为对象,建立了流场三维有限元网格.采用Fluent仿真技术,选用RNG k-ε湍流模型对离心泵流场进行非稳态数值计算,通过设置监测点,得到了不同位置处在每个时间步长下的压力值.运用FFT方法,对叶轮及蜗壳等主要流道监测点的压力脉动进行频谱分析,结果表明叶轮和蜗壳内的压力脉动主要集中在叶频及其倍频处,并且叶轮与蜗壳之间动静干涉对压力脉动有较大的影响.     

多相混输泵动叶轮流道内气相分布规律研究

为了揭示多相混输泵动叶轮流道内含气率的分布规律,基于标准k-ε湍流模型,以空气和纯水作为两相介质,采用Fluent软件在进口含气率为30%的工况下对泵内两相流态进行模拟,分析不同叶高下的气相分布特性。研究表明:在首级动叶轮叶片压力面轮毂附近的气相体积分数最大,而在次级和末级动叶轮叶片压力面上的气相体积分数基本相同;在不同压缩级动叶轮0.5倍叶高处,从动叶轮进口到出口,首级动叶轮叶片吸力面上的气相体积分数比次级和末级大;从轮毂到轮缘首级动叶轮叶片压力面上的气相体积分数与次级和末级动叶轮叶片压力面上的气相体积分数的差值逐渐减小,而在吸力面却逐渐增加。本文的研究结果为提高多相混输泵输送效率及运行稳定性提供了参考。     

多级离心泵内部流动分析及性能预测

采用Realizable k-ε湍流模型,对多级离心泵进行了CFD计算,分析了流场的分布规律和压力脉动。结果表明:由于隔舌的影响,多级泵内部各级叶轮速度与静压、总压分布均呈现非对称性;涡流、二次流等流动现象主要发生在首级叶轮蜗壳和次级叶轮蜗壳内;叶轮内叶片压力面侧进口至出口的相对速度呈现先减小后增大的趋势;隔舌处的压力脉动特性同时受到叶轮与隔舌间的动静干涉和叶片通过频率的影响。数值模拟计算得到的外性能曲线与试验的外特性曲线较吻合,误差在允许范围内。     

多级离心泵内部流动分析及性能预测

采用Realizable k-ε湍流模型,对多级离心泵进行了CFD计算,分析了流场的分布规律和压力脉动。结果表明:由于隔舌的影响,多级泵内部各级叶轮速度与静压、总压分布均呈现非对称性;涡流、二次流等流动现象主要发生在首级叶轮蜗壳和次级叶轮蜗壳内;叶轮内叶片压力面侧进口至出口的相对速度呈现先减小后增大的趋势;隔舌处的压力脉动特性同时受到叶轮与隔舌间的动静干涉和叶片通过频率的影响。数值模拟计算得到的外性能曲线与试验的外特性曲线较吻合,误差在允许范围内。     

修正湍流粘度的混流泵空化非定常分析

为了减少混流泵空化数值模拟误差和分析泵内空化压力脉动的特征,运用Zwart-Gerber-Belamri空化模型对混流泵的空化性能进行了数值模拟,分析了SST湍流模型和RNG湍流模型对混流泵空化数值模拟的影响,并利用湍流粘度修正后的RNG湍流模型对混流泵的空化性能进行了定常和非定常数值计算。研究表明,无论是在非空化时还是空化时,RNG湍流模型都比SST湍流模型计算的误差小;湍流粘度修正后,RNG湍流模型的误差进一步减小。通过对叶轮进出口和泵出口处的压力脉动进行监测和分析,发现叶轮进口处的平均压力最小,但波动最剧烈;各监测点处压力脉动的主频为叶轮叶频,并且主频的幅值随着进口有效汽蚀余量的减少而增大。     

不同分流叶片起始直径对离心泵压力脉动的影响

为分析低比转速复合叶轮分流叶片起始直径对蜗壳流道内压力脉动的影响,采用雷诺时均方法,通过标准k-ε湍流模型和滑移网格技术,对具有不同起始直径的两台离心泵进行三维非定常的数值计算.通过对蜗壳不同监测点处的压力进行时域和频域分析,得到蜗壳壁面沿周向及断面上沿径向压力脉动特性.计算结果表明:分流叶片起始直径大的离心泵蜗壳内压力脉动较大;两台离心泵内蜗壳内各监测点的压力脉动幅值波动具有明显的周期性且波动趋势基本一致;在周向监测点处,随着圆周角(逆时针方向)逐渐增大,蜗壳动静干涉效应的影响逐渐减弱,监测点处压力脉动逐渐减小;在相同断面处,位于蜗壳进口与壁面的监测点呈现较大的压力波动;两台离心泵的各监测点压力脉动的一阶主频均为叶片通过频率.     

水泵内部流动的数值模拟及叶轮的改造

采用κ-ε湍流模型,应用NUMECA软件对一离心泵内部的三维湍流流场进行了数值模拟,得到了离心泵内部流动的压力分布、速度分布及漩涡流动.并通过对其流动和水力性能情况进行分析,优化叶片对叶轮进行了改造,改善了叶轮内部流动,提高了其水泵的水力性能.改造后的泵内部流动数值模拟结果表明其流动和水力性能良好.     

基于大涡模拟的导叶式混流泵叶轮内压力脉动特性分析

为研究导叶式混流泵叶轮内部非定常压力脉动特性,在其叶轮进口截面及出口截面附近分别设置8个压力脉动监测点,采用大涡模拟方法(LES)对导叶式混流泵内全三维流道(进水管、叶轮、导叶及出水管)进行模拟,并对8个监测点进行压力脉动时域图和频域图的分析。结果表明:由于旋转叶轮旋转失速、脱流效应及静止导叶的干涉作用,叶轮出口处压力脉动系数幅值均大于进口处脉动系数幅值,且其最大压力脉动发生在叶轮出口处,脉动波衰减较慢;叶轮进、出口截面上监测点的压力脉动频率以叶轮叶频为主频次,且压力脉动主要频率为叶频的倍数。     

密度脉动影响湍流燃烧的修正模型

为了全面数学描述湍流各物理量的脉动对气体湍流燃烧的影响 在仅考虑温度、浓度脉动的二阶矩封闭模型(SOM)基础上,用密度脉动作用于Arrehenius公式的后处理方法,研究密度脉动对气体湍流燃烧和NOx湍流生成有限反应速率的影响.给出密度脉动的概念和数学表达式,建立全面考虑温度、浓度和密度脉动影响的湍流反应流的二阶矩封闭修正模型.为更精确地数值模拟湍流耦合反应流中的湍流燃烧快速反应和NOx生成的缓慢反应奠定了基础.分析结果表明,修正模型具有封闭性、合理性和经济性.     

4种湍流模型对混流式水轮机压力脉动模拟的比较

采用RNGk-ε模型、Realizable k-ε模型、Transition SST模型和DES模型,在4种网格尺度下对模型混流式水轮机三维全流道非定常湍流进行模拟.在试验验证的基础上,分析各模型对水轮机压力脉动模拟的适应性,并进行网格无关性分析.分析结果表明:4种湍流模型都可以模拟出尾水管偏心涡带的形态,但尾水涡带在相位上不同,压力脉动的主频或振幅有差别;湍流模型与网格尺度不是单调线性关系,甚至相反;Transition SST模型比RNGk-ε模型、Realizable k-ε模型、DES模型对水轮机压力脉动模拟的适应性更好,在不同网格尺度下预测的压力脉动主频、振幅和试验结果更加吻合.     

节流口内空化流体的湍动特性

为了提高孔板空化器的水力空化强度并得到空化规律,考虑到脉动对空化模型的影响引入了脉动影响因子,得出流体脉动空化模型,采用多相流的方法通过Fluent软件得出流体的气液两相传质速率及湍流强度,最后得出流体空化规律.研究结果表明:当恢复压力一定时,适当增加入口压力可以提高流体的空化强度,在0.5～0.7 MPa可获得较大的空化强度,当压力继续增加时,使空化强度和发育程度均降低;相比于进口压力,出口压力对流体空化强度起主导作用,在0.4～0.6 MPa空化强度不断增强,当出口压力继续增加时,压差过小抑制了空化的发生;分析多孔出流的流体湍动模型和传质速率得出,在0.4～0.6 MPa多孔出流引起了流体的湍动叠加效应,导致空化强度增加.     

不同分流叶片起始直径对离心泵压力脉动的影响

为分析低比转速复合叶轮分流叶片起始直径对蜗壳流道内压力脉动的影响,采用雷诺时均方法,通过标准k-ε湍流模型和滑移网格技术,对具有不同起始直径的两台离心泵进行三维非定常的数值计算。通过对蜗壳不同监测点处的压力进行时域和频域分析,得到蜗壳壁面沿周向及断面上沿径向压力脉动特性。计算结果表明:分流叶片起始直径大的离心泵蜗壳内压力脉动较大;两台离心泵内蜗壳内各监测点的压力脉动幅值波动具有明显的周期性且波动趋势基本一致;在周向监测点处,随着圆周角(逆时针方向)逐渐增大,蜗壳动静干涉效应的影响逐渐减弱,监测点处压力脉动逐渐减小;在相同断面处,位于蜗壳进口与壁面的监测点呈现较大的压力波动;两台离心泵的各监测点压力脉动的一阶主频均为叶片通过频率。     

密度脉动的数学模化及其在湍流燃烧中的应用

针对湍流燃烧进行的模拟研究,本文较深入地探讨了湍流脉动与燃烧过程之间的相互作用关系,对密度—标显之间的脉动关系(ρ′φ′)提出了数学模化的表述形式,引入了以密度—速度脉动关联量为独立变量的两个输运方程与k—ε双方程模型一起作为对燃烧过程的湍流脉动特性的描述,并分别对气体均相燃烧和煤粉气流多相燃烧的全场作了数值求解。     

密度脉动的数学模化及其在湍流燃烧中的应用

针对湍流燃烧进行的模拟研究。本文较深入地探讨了湍流脉动与燃烧过程之间的相互作用关系，对密度一标量之间的脉动关系（ρ’φ’^-)提出了数学模化的表述形式，引入了以密度－速度脉动关联量为独立变量的两个输运方程与k-ε双方程模型一起作为对燃烧过程的湍流脉动特性的描述，并分别对气体均相燃烧和煤粉气流多相燃烧的全场作了数值求解。     

对旋风机变工况下两级叶轮变转速匹配研究

为了解决对旋风机小流量工况下第二级电机易过载以及大流量工况下第二级叶轮压升低、效率低的问题,提出了不同工况对应不同两级叶轮转速的转速匹配方法。利用速度三角形推导出不同工况下两级叶轮转速匹配的计算公式。利用数值模拟的方法,分析并修正了两级叶轮转速匹配计算公式,结果表明:两级变转速匹配能够在保持整机压升不变时,均匀地分配两级叶轮的压升与轴功率,避免了二级电机过载的问题,提高了大流量工况的运行效率,扩大了高效工作范围。     

小尺度沟槽面边界层湍流参数的测量

利用二维激光多普勒测速仪对零压力梯度下光滑面和小尺度沟槽面的沟槽及峰上部区域中湍流边界层流场进行了对比测量。着重考察了在相同流动条件下两位置的平均速度、流向速度脉动强度、高阶矩以及雷诺剪应力的分布特性。实验中发现 :沟槽能够增加粘性底层的厚度 ,减小壁面剪切力 ,有减阻效应。而此处的流向速度脉动的强度、高阶矩以及雷诺剪应力在距离壁面的某一区域中有减小或降低现象 ,说明沟槽具有削弱湍流湍动的功能 ;而峰上部的湍流统计平均量则表现出与槽相反的结果或趋势。同时还讨论了该沟槽面减阻的原因     

基于缝隙射流原理的离心泵空化控制研究

为了改善低比转速离心泵内的空化流动状态,提出一种在叶片上设置缝隙的被动控制方法,探究该结构对空化的抑制效果及其控制机理. 采用数值模拟方法探讨结构对空化的抑制. 采用修正的SST k-ω湍流模型和Kubota空化模型,对原始叶轮和改型叶轮分别进行定常及非定常数值计算,获得设计工况下2种叶轮形式在各个空化阶段的流场结构及压力脉动特性. 计算结果表明：改型叶轮中经缝隙流向叶片背面的高压流体提高了叶片背面的压力,对空化初生、空化发展及空化剧烈阶段均产生了抑制作用,特别是空化剧烈阶段,与原始叶轮相比,其空泡体积分数减少了60.6%;与原始叶轮相比,改型叶轮内液相区的压力脉动主频幅值在各个空化阶段均有所下降.     

方腔涡流运动对压力脉动噪声影响的数值分析

为了研究水下方腔内的湍流流动情况,采用k-ε模型和大涡模拟(LES)方法分析了腔内流场的涡旋分布及其发展规律、关键位置的压力脉动特征,运用MATLAB平台对时域下的压力脉动信息进行快速傅里叶变换,得到频域脉动压力级结果,进而讨论了腔内关键压力点的脉动特征.结果表明:压力脉动的峰、谷特征与涡流运动状态具有良好的对应性;方腔不同位置点的压力脉动频率和压力级特征不同,与相应的涡流运动状态密切相关;通过与相同方腔模型脉动声压实验数据的对比表明,在40 Hz以上频率,方腔涡流压力脉动级与实验具有很好的符合度,验证了数值模拟和傅里叶分析方法的可行性和准确性.     

泵叶轮出口宽度对蜗壳内压力脉动强度的影响

为了研究低比转数离心泵叶轮出口宽度对蜗壳内压力脉动强度的影响,将叶轮出口宽度分别设计为5、6和7 mm,并保持蜗壳和叶轮其他几何参数不变。应用ANSYS CFX 14.5进行数值计算,对比了定常数值计算与外特性、粒子图像测速(particle image velocimetry,PIV)试验结果,验证了数值计算的可信度,3个方案的扬程、效率均满足设计要求。在非定常数值计算中,引入压力脉动强度表征3个旋转周期内压力脉动的累积效应。结果表明:对于同一叶轮出口宽度,小流量下蜗壳内压力脉动强度最大,大流量次之,而在设计工况下,压力脉动强度及其梯度均是最小的;由于叶轮和蜗壳的时序干涉作用,隔舌处出现压力脉动强度的大梯度变化;蜗壳进口宽度与叶轮出口宽度之比为3时,该低比转数离心泵的性能满足设计要求,且压力脉动强度较低,综合性能较优。