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。     

通气超空化对水下火箭发动机性能影响

火箭发动机具有功率密度大、推力大等优势,常被用作主动攻击高速水中兵器的推进器.然而,火箭发动机在水下工作时喷管出口压力发生剧烈脉动,进而影响发动机的推力性能,甚至造成安全事故.为研究火箭发动机在水下的工作特性和尾流场特性,基于VOF多相流模型和理想气体模型,建立了高温高压燃气水下超声速喷流的数值模型,分别在单相水来流和通气超空化来流条件下对火箭发动机的内外流场进行仿真计算,获得了通气超空泡、工作压力等因素对火箭发动机尾喷流场的影响规律.研究结果表明:无通气超空化时,尾喷流存在明显的颈缩、胀鼓、回击等非定常现象,发动机推力剧烈脉动;存在通气超空化时,火箭发动机喷出的燃气与超空泡内气体掺混排出,尾流场的非定常特性显著减弱,发动机推力未产生剧烈脉动;当发动机工作压力增大为设计压力一倍时,在无空化条件下燃气流量及发动机推力分别产生30.4%和20.6%的振荡幅度,在通气超空化条件下发动机的工作性能几乎不受工作压力的影响.     

改进Schnerr-Sauer模型在水翼空化模拟中的评估分析

为了提高Schnerr-Sauer模型模拟空化流动的能力,基于Rayleigh-Plesset方程和均相流假设建立了一种修正的Schnerr-Sauer空化模型,修正后的模型考虑了湍动能引起的脉动压力和不可凝结气体的影响。联立涡粘度系数修正的SST k-ω湍流模型,对绕二维Clark-Y翼型空化流进行了非定常数值计算,得到了时均化升阻力系数随空化数的变化曲线、云状空化时空泡周期性演变及其水平速度分布规律。通过与已有文献的实验结果对比分析得到,采用修正后的空化模型计算得到的时均化升阻力系数与实验值更为接近,并能较准确地捕捉升阻力系数随空化数的特殊变化规律;修正后的Schnerr-Sauer模型能准确地模拟翼型表面空化云的初生、成长、脱落和溃灭的全过程。本文的研究结果验证了修正后的Schnerr-Sauer模型在水翼空化流数值计算中的可靠性和准确性。     

多孔翼型结构对空化性能的影响分析

空化与空蚀是影响水电站水轮机安全与经济运行的关键因素.为研究不同翼型结构下绕流翼型流场的性能,首先以无孔翼型为研究对象,采用RNGκ~ε湍流模型和欧拉多相流模型中的Mixture模型,对其绕流流场进行数值模拟.由流场内的静压力、动压力、液相和气相体积分数等参数的分布可知,流体绕流无孔翼型过程中发生空化的位置主要在翼型上方,故选择在翼型易发生空化部位打微孔,在单相流的条件下,对具有不同微孔数目的翼型绕流流场进行数值模拟.结果表明:在翼型上打孔后,绕流翼型的流场发生了改变.随着翼型上微孔数目的增加,在翼型上方的湍动能的数值逐渐降低,翼型上方的低压区域的面积减少,而低压区内的压力值明显增加,这将有助于改善绕流翼型流场的空化性能,降低空化和空蚀发生的风险.     

柴油机喷孔出口截面空化流动特性

为了更好地了解柴油机喷孔内燃油空化流动特性,基于空化数和几何结构相似原理,采用比例放大试验装置,并结合CFD三维仿真,研究了喷孔出口截面处空化过程及空化过程对出口截面燃油流动速度、密度分布及湍动能的影响.分析了在保持入口压力不变的工况下,出口截面空化流动随背压改变的变化规律.研究表明:当入口压力不变,随背压降低,喷孔入口截面空化区先增大后稳定,喷孔出口截面空化区及燃油密度随背压的降低而减小;喷孔出口截面的湍动能随背压降低而不断增大,其中空化饱和阶段湍动能增加率小于无空化及空化发展阶段;喷孔出口截面与入口截面的液相平均流速在无空化阶段相差不大,而在空化发展阶段及空化阻塞阶段,两者相对速度不断增大.     

脉动流条件下弹性管束换热器振动特性仿真

为了得到弹性管束换热器传热元件的振动参数以及流体诱导振动强化传热规律,对平面弹性管束的固有振动特性及脉动流作用下的弹性管束振动规律进行了研究.首先,利用ANSYS软件建立平面弹性管束有限元模型,并对管束进行模态分析;然后利用FLUENT软件对弹性管束内通入脉动流后的流场进行数值分析.结果表明:弹性管束复杂的三维运动状态提高了其换热和抑垢性能;三棱柱绕流体产生的脉动流速度变化范围为0.4~1.3m/s,波形明显,因此三棱柱绕流体更适合用于脉动流发生装置;数值计算得到的弹性管束振动频率与实际工况脉动流流体流经弹性管束时产生的频率相一致,为弹性管束换热器在实践使用中提供一定的参考意义.     

转套式配流系统内部流场空化现象研究与分析

针对转套式配流系统工作时流场内部局部压力降低,产生低压区以及出现低于绝对零压的现象,本文利用空化模型模拟流体的压力分布,并分析了空化对系统的影响。同时,对空化产生的机理与模型进行分析,根据转套式配流系统的结构特征建立流体模型,根据仿真要求对配流系统流体域进行参数设置,并在仿真过程加入空化模型,设置流体饱和蒸汽压。仿真结果表明,配流系统工作过程中在高压区向低压区的过渡位置出现了空化现象,气泡被带入低压区,对配流系统元件的气蚀现象不明显,但会降低容积效率,说明空化对配流系统造成一定影响。该研究对进一步研究容积效率指明了方向。     

喷射压力对喷孔流量及内部空化的影响

流量特性是评价喷油器性能的主要参数,为探究喷射压力对流量特性的影响规律,本文采用比例放大单孔喷油器,结合试验与三维仿真,分析了随入口压力变化,喷孔内空化流动规律以及该空化流动对喷孔燃油流量特性的影响。研究结果表明:出口背压不变,随入口压力升高,喷嘴入口处出现空化并向出口发展,入口截面处空化面积达到最大后不再变化,燃油质量流率不断增加。燃油流量系数(Cd)变化分为三个阶段:P_(in)0.8 MPa,C_d为常数且只与喷孔的结构有关;0.8 MPaP_(in)1.8 MPa,C_d急剧下降且与入口截面的收缩系数及空化数有关;P_(in)1.8MPa,C_d与空化数有关,喷射压力越高,空化数越趋近1,C_d也越趋于稳定。     

余热排出泵小破口失水事故空化特性数值分析

为研究小破口失水事故工况下余热排出泵内部空化流动特性,基于Rayleigh-Plesset方程的混合物均相流空化模型和剪切应力运输SST湍流模型,对余热排出泵高温高压环境下叶轮内空化流动进行全流道数值计算。根据计算结果获得了余热排出泵小破口严重事故工况下扬程和效率的衰减曲线及空化发生的初始压力,捕捉到泵内空化的发生、发展过程。研究结果表明:当环境压力降低至大约1.15 MPa时,叶片吸力面进水边靠近前盖板处开始出现空泡,随着环境压力的降低,空泡分布区域及空泡体积分数不断扩大;当压力降低至1.143 MPa时,叶轮内部最大空泡体积分数达到50.17%,严重空化时,叶片工作面会有空泡聚集并造成叶轮流道严重堵塞致使泵扬程急剧下降。通过分析空化发生的状况得出空化发生的初始压力,为余热排出泵的设计提供一定的参考。     

水轮机压力脉动的混沌动力学特性

为有效进行水轮机的运行监测和故障诊断,采用混沌动力学方法对水轮机在偏工况运行时的压力脉动特征进行研究.利用提升小波变换对压力脉动实验数据进行去噪,给出压力脉动信号时域分布及各频率成分的能量分布情况.分析脉动信号由轻度空化发展到严重空化过程中的一系列动力学特性,包括时频特征分布、相轨迹图、李雅普诺夫(Lyapunov)指数图和庞加莱(Poincaré)映射图等.结果表明:水轮机尾水管压力脉动的主要能量分布在低频段,随着空化程度的加重,频谱脉动强度增大;对于研究工况,最大Lyapunov指数均大于零且随空化程度增加而增大,说明水轮机压力脉动信号存在混沌吸引子.利用本文方法进行多工况分析,可完成在线运行监测.