节流口气穴特性—数学模型及实验研究

本文研究液压管路的节流口蒸汽型气穴(空化)发生的条件,建立了数学模型,并进行了计算及实验研究。结果表明,以节流口前后液体压强比λ_p这一单参数来确定节流气穴发生条件是合适的,但对不同类型的节流口,以及同一节流口在不同流量系数下工作时,临界压强比λ_p不同,流量系数C_q和节流断面速度不均匀系数K_(?)(或二次涡系数K_v)是影响λ_p的两个主要因素。     

节流槽结构对气穴噪声的影响

为了消除液压阀中的噪声，对不同节流槽内部压力分布、气穴形态和噪声频谱进行了研究.在对节流槽结构特征及流动模型进行分析的基础上，预测了节流阀内气穴噪声的声压模型.通过高速观测及噪声频谱分析对模型进行了验证，并估计了节流阀内的气泡尺寸.结果表明，节流槽结构特征对阀内压力分布、气穴与噪声特性有直接的影响，U形槽内部压力超调量明显高于V形槽，可以显著抑制气穴的析出与生长.不同类型节流槽通过压力分布决定了气泡的成长过程，与U形槽相比，V形槽内部气泡尺寸较大，气泡尺度大小是影响节流槽气穴噪声的主要因素.     

防气穴二级节流器的正交试验研究

通过正交实验、极差分析及计算机的回归计算，得出了防气穴二级节流器的最优结构和数学模型，分析了各参数对临界压力比的影响，探讨了防气穴二级节流器的设计方法。     

液压系统气穴实验的相似设计

本文从控制气穴的运动微分方程及其解出发,导出了扩散型气穴的相似准数,讨论了液压系统中气穴实验的相似设计问题,指出气穴起始与液压油本身的压力关系不大,主要取决于介质中溶解气体含量的状态参数λ_c及等效降压比λ_(pw),从而在满足Euler相似准数Eu,Reynolds相似准数Re及本文导出的气穴相似准数A的条件下,可用低压系统模拟高压系统中的气穴现象。文中还对气穴判据等问题进行了探讨,并给出了一个气穴机理实验系统设计的实例。     

液压锥阀的气穴研究

本文分析和研究了液压锥阀阀口的气穴现象,主要对液压锥阀中产生气穴的状况、气穴与阀口形状的关系,以及锥阀中气穴产生的界限进行了研究分析。     

液压系统中的气穴问题

本文分析了液压系统气穴起始的一般机理,指出了液压系统气穴现象与水工、造船及水力机械等领域出现的“空化”现象的异同,分析了气穴发生的物理条件及两种扩散形式在气穴形成中的作用,数值计算结果表明,液压系统气穴形成主要取决于液体介质中溶解空气含量,进口压力P_0与气穴部位压力P_c的比值P_0/P_c以及气核与油流相对速度U_r,而与P_0及P_c本身的大小关系不大。     

气穴中液压油温度随气泡膨胀变化规律

针对液压系统中气穴的产生及其发展过程常伴随着液压油温度变化的现象,研究了液压系统中气穴产生及其发展过程与液压油温度变化的关系。结合液压系统中气穴产生及其发展过程的特点,对气穴中气泡产生、发展过程中的热力学条件进行适当假设,应用热力学原理推导了气穴产生时气泡膨胀阶段气泡半径变化与液压油温度变化之间的关系式,改进了Rayleigh-Plesset方程。应用数值计算方法对气泡半径与液压油温度的关系进行了数值模拟研究,并通过试验进行了验证,得出气穴产生后,在气泡膨胀的整个过程中,多变指数k取1~1.24更符合实际规律。     

液压系统气穴起始条件研究

该研究成果属应用理论研究范畴,它在理论上阐明了液压管路及元件节流气穴发生的机理,指出了在液压系统中存在扩散型和蒸汽型两种可能的气穴类型以及相应的形成条件,建立了描述高压管路及元件节流气穴起始条件的数学模型、判别准则及主要影响因素,证明了以节流口前后压力比作为衡量气穴状态的合理性及可行性,表明了影响气穴临     

液压锥阀气穴现象两相流仿真及实验

为研究液压锥阀存在的气穴问题,基于流体力学理论及阀芯受力分析,计算出径向偏移量的大小,在考虑阀芯发生径向偏移的情况下,借助UG软件建立不同工况下的内流场三维模型,通过ICEM-CFD软件划分网格模型,基于FLUENT软件对锥阀内流场的气穴现象进行液-气两相流仿真,获得径向偏移、半锥角、开口度、背压4个影响因素下的气穴分布及强度的变化规律.搭建可视化的液压锥阀气穴现象实验台,借助高像素的相机拍摄各工况下阀口位置的气穴图像,对仿真结果进行实验验证.结果表明:仿真结果与实验结果相吻合,径向偏移使气穴集中分布在上锥面一侧的流场.半锥角为45°时,阀芯的锥阀气穴强度变化平缓,同时半锥角为45°时,开口度为0.4 mm时气穴的强度最明显,随着开口度增大,气穴现象的气团强度逐渐减弱.综合通流能力、气穴强度,半锥角为45°是一个较优的阀芯半锥角度,同时,增大开口度和背压具有抑制气穴发生的作用.     

液压系统气穴起始模拟的Monte-Carlo法

本文从分析液压系统中节流区紊流场和气核运动过程及其平衡条件入手,提出了判别液压系统中节流气穴起始的数学模型,给出了轴对称节流区流场计算格式;采用Monte-Carlo方法模拟节流区脉动压力及气核初始平衡半径,将气核空化这一微观意义下的行为与节流区气穴这一宏观行为有机地联系起来;还提出了气穴起始的数值判据;对一轴对称孔板节流给出了数值算列,并与实验结果进行了比较。     

转速对离心泵反转用作透平空化特性的影响

透平运行中产生的空化会影响其能量的转化,因此,使用离心泵反转用作透平,利用数值模拟 的方法,对透平分别在 5 种不同转速下的、不同空化余量的内部流动规律进行了数值模拟,得出了不同转速 下透平空化的特性曲线和内部流场特性。通过分析不同转速下的空化规律,得到了透平能量转化的最佳性能 临界点,并且建立了转速与透平产生空化的临界空化余量关系。研究结果表明,转速与透平临界空化余量呈 正相关;透平工作在临界空化余量之上,透平严重空化时,空泡聚集在尾水管处,不利于流体的流出,减小 了能量的转化。     

判别水流初生空穴的临界压力

以水的气化压力(Pv)作为判别水流初生空穴的临界压力,以及在此基础上建立的计算初生空穴指数的托马公式σ_1=P_∞-P_v/1/2ρV2,迄今仍在气蚀研究中普遍使用。但是大量的试验结果证实,σ_1常常是不稳定的,即使同一个扰流体本身的σi也可能有高达三倍以上的差别。合理的空穴临界压力不应仅仅只与温度有关,而且还应与杂质及气体含量、压力、流速、史前条件等因素有密切的关系。本文将叙述用抗拉强度(P_T)作为临界压力的物理基础和实际应用的可能性(以公式(?)计算初生空穴指数的初步研究成果。)     

考虑叶顶间隙的螺旋轴流式混输泵主流道内空化特性

为揭示叶顶间隙对螺旋轴流式混输泵主流道内空化特性的影响,基于Rayleigh-Plesset方程的Zwart-Gerber-Belamri空化模型,采用SST k-ω湍流模型在不同空化阶段下对螺旋轴流式混输泵主流道内的空化特性进行研究,通过考虑叶顶间隙更为精准地揭示螺旋轴流式混输泵主流道的空化情况。结果表明:在叶顶处,除了流道内出现低压区和空泡外,在叶片吸力面表面也出现低压区和空泡分布;在临界空化阶段,叶轮进口以及叶片进口叶顶间隙处存在微弱的空泡分布;随着空化的发展,到断裂空化阶段,空泡分布区域由叶片压力面移动到叶片吸力面,说明叶顶间隙对混输泵主流道内的空化性能产生较大的影响。本文的研究结果可为螺旋轴流式混输泵空化性能的改善提供工程参考。     

基于非定常空化流动的离心泵涡旋结构数值分析

To elucidate the formation mechanism of the vortex structure in cavitation flow, the unsteady cavitation flow field of the centrifugal pump was investigated by simulation. The two-dimensional vortex structure on the mid-section was examined based on the method with velocity components. The vorticity on the blade surface and the evolution of the periodicity was compared. In addition to investigate the three-dimensional vortex structure in the impeller passage, the new Omega vortex identification method was also utilized. The results show that: as the NPSHa decreases, the cavity coverage area grows progressively, and the local vortices emerge and the flow in the pump becomes disordered. Due to the effect of cavitation flow field, the vortex structure is mostly formed and evolved on the blade suction surface. During the critical cavitation, the vortex is also detached the blade surface as the cavity rolls up. At the effect of rotor-stator interaction, the blade trailing vortex sheds and attaches to the volute wall at the front end of the tongue. According to the Omega method, the structure of the three-dimensional vortex within the cavity is stable. At the critical cavitation condition, the structure of the three-dimensional vortex downstream of the impeller passage is fragmented and disordered.     

临界免蚀掺气浓度（C_k）的计算公式

基于水流掺气后对空化数影响的分析，推导出临界免蚀掺气浓度（Ｃｋ）的计　算公式，并利用乌江渡原型掺气减蚀试验观测资料进行了验证。计算结果表明，由该式预测临界免蚀掺气浓度是合理可行的。     

半圆头回转体自然空化流场分析

采用计算流体动力学软件FLUENT6．3对半圆头回转体进行流场分析,验证模型设置和计算方法的有效性,对不同空化数下的流场进行了求解．结果表明：在标准大气压下,空化数σ=0．096是该种头型的,晦界空化数;随着空化数的减小,超空泡在弹体上的长度逐渐增大,总阻力系数逐渐减小;超空泡具有很好的减阻特性,对于该种头型,减阻能力达59％～75％．     

脉动压力对空化的影响

为了消除空化试验的比尺效应,具体分析脉动压力对空化的影响,从泡动力学方程得出水中气核的发育时间和临界压力,得出气核的生长时间小于水流的负脉动周期;另由于水流脉动对气核的振荡作用,使气核提前膨胀,促使空化提前发生,计算空化数时需计入脉动压力项。根据N-S方程分析了脉动压力的模型律,结合原型测量结果,得出在强紊动区中脉动压力满足重力相似律,但在溢流坝面、陡槽底部等处脉动频率比尺不满足重力相似律,频率比尺约为1。在进行强紊动区的空化实验时,应注意水流脉动对空化的影响。     

排涝站水泵空蚀及磨损防护的措施

吴兴区排涝站经过40多年的运行,主水泵汽蚀、磨损严重,造成机组振动、噪音加剧,工作性能下降,严重影响了泵站的安全可靠运行。水泵中汽蚀和磨损破坏往往是设计、制造、运行等各种因素综合作用。为预防叶片汽蚀和磨损,需从工程、设计和运行三方面同时进行。对于已产生汽蚀和磨损破坏的叶片,可采用非金属材料涂敷、不锈钢板镶嵌、合金粉末喷焊等方法进行修复。合理选择水泵抗汽蚀和磨损预防和修复措施,可使泵站充分发挥社会效益和经济效益。     

Decisive influence of the ionization strength of cosmic rays on the cavitation characteristics of pure water

The experiment result in this article shows that the initial and critical cavitation pressure of pure water are both increasing along with the increase of height above sea level, and the ionization strength of cosmic rays in the lower aerosphere is the crucial factor which influences the cavitation pressure of pure water. The author concludes the relationship between the cavitaion pressure of pure water and the height above sea level. Moreover, air particles in water caused by the radiation of cosmic rays can exist in the water for a long time and will not escape.     

入口导流栅几何参数对高速泵诱导轮空化特性的影响

高速离心泵空化问题机理相对复杂,通常认为诱导轮间隙泄漏涡与回流漩涡是影响高速离心泵空化的主要原因。本文通过在诱导轮入口前增设导流栅来抑制旋转涡,达到提高离心泵空化性能的目的。采用RNG k-ε湍流模型,对带有矩形、椭圆形两种不同形状导流栅的离心泵进行全流场模拟,分析高速离心泵全流场数值计算结果,对比增置导流栅前后离心泵空化特性以及进口段流场。结果表明:带椭圆形导流栅的离心泵临界空化数有所降低,空化性能得到改善;增设导流栅后,诱导轮进口段旋转强度明显减弱,离心泵扬程均有明显提升,其中椭圆形导流栅方案较原方案提高了3%。