低温液体输送路流场空化裕度准则及试验介质影响研究

针对低温液体输送路流场空化现象,分析了空化发展过程和机理,对比了空化初生准则和基于气蚀流量的出流口限流准则,研究试验介质对空化试验的影响,并进行了空化试验验证。结果表明,与空化初生准则相比,基于气蚀流量的低温液体出流口限流准则是一种更便捷、有效的空化裕度评估方法,适用性好、可测性强;出流口气蚀流量系数由出流结构形式及参数决定,介质、压力和温度工况对出流口气蚀流量系数影响较小,介质替代试验具有可行性。     

绕回转体初生空化流场特性的实验及数值研究

该文采用实验与数值模型相结合的方法对绕回转体的初生空化流场进行了分析,研究了头型对初生空化流场特性的影响,数值模型中,为了精确捕捉由于分离流动而产生的漩涡结构,湍流模型采用了一种基于空间尺度修正的滤波器模型(FBM),实验中,采用高速录像技术观察了初生空化形态,并应用粒子测速系统(PIV)测量了相应工况下,初生空化流场的速度及涡量分布,研究结果表明:头型对绕回转体的初生空化流场具有显著的影响,不同回转体的初生空化数随着肩部曲率突变增大而逐渐增大,在初生空化工况下,平头和锥头回转体肩部的高剪切流动区出现了不规则的漩涡分离结构,初生空化首先在该分离区域内产生,而不是发生在回转体的物面上或在物体邻近处,此时,初生空化流场体现出明显的漩涡脉动特性,流场中的低速高脉动区域对应于空化核心区,涡量主要亦集中在该漩涡分离区域内,对于圆头回转体,其初生空化流场比较稳定,“指状”的片状空泡附着在回转体表面上。     

泄水建筑物空蚀与冲磨耦合作用机制试验研究

为真实模拟泄水建筑物空蚀与冲磨复杂的破坏行为,基于Venturi空化空蚀发生器结构特点和水力学Bernoulli原理,发明了高压高速水流自动挟沙装置,设计并制作了空蚀与冲磨混合作用试验系统。利用研发的装置开展了系列试验,探讨了高速水流空蚀与冲磨混合作用机制。研究表明,空蚀与冲磨混合作用下,材料表面呈现出空蚀与冲磨复合破坏特征,混合作用下的破坏程度明显大于单独作用,空蚀与冲磨之间存在一定的促进和增强作用,空蚀的冲击在材料表面产生的孔洞及散粒体骨架结构,在冲磨切削作用下加速破坏,空蚀使冲磨破坏更加容易。     

自然超空泡形态特性的射弹试验研究

利用高速射弹试验对自然超空泡的形态特性和发展规律进行了深入研究。试验采用了不同尺寸的试验弹,射弹最大速度可达70m/s,最小空化数可达0.04。获得了水下航行体的自然超空泡形态参数随空化数变化的规律,并与相关文献中使用的经验公式进行了对比,在小空化数下一致性较好。研究结果表明,高速射弹试验是研究自然超空泡形态特性的一种有效手段,能够捕捉到大量超空泡水动力学现象,证实了自然超空泡的直径和长度都随空化数的增大而减小,且呈指数规律。     

轴流泵叶顶泄漏涡空化的数值模拟与可视化实验研究

该文以某一等比例缩放模型泵为研究对象,采用修正的SST k-ω湍流模型和空化模型,对额定工况下轴流泵叶顶泄漏涡空化流进行了数值模拟,并与高速摄影结果进行了对比分析。探讨了叶顶区域泄漏涡空化流场结构,揭示了不同空化数下空化发生位置和空泡形态演变过程。研究结果表明,改进的数值模拟方法准确计算了叶顶区域空化流场的流动结构;轴流泵的初生空化为叶顶间隙空化和叶顶泄漏涡空化,随着空化数σ降低,叶顶泄漏涡卷吸区也出现了剪切层空化;在空化数较小工况下,沿着叶片吸力面在轴向形成空泡云,并在叶片尾缘存在周期性的空泡脱落和爆破过程,破坏了流动稳定性,并诱导产生空化噪声。     

基于DnCNN声音增强的高坝泄流微弱空化声音信号识别与提取

空化空蚀是水工建筑物泄洪安全监测的重要内容，但是高坝泄流期间产生的强泄流噪声会大幅减弱空化空蚀音频监测方法的效果甚至致其失效。针对该问题提出了基于降噪卷积神经网络(denoising convolutional neural network, DnCNN)声音增强的空化声信号增强方法，该方法依据语音增强思想，通过DnCNN实现带噪音频监测信号中空化声信号的增强。首先对该方法的实现原理和DnCNN网络结构进行了阐述，然后使用采集自空蚀和泄流试验的空化声信号和泄流噪声对该方法的效果进行验证，最后通过支持向量机信号多分类识别试验和单分类支持向量机空化声信号单分类识别试验对该方法的泛化性能和工程实用性进行评价。研究结果表明该方法能够有效提升带噪空化声信号的信噪比，极大地还原空化声信号的频谱结构特征，实现强泄流噪声中微弱空化声信号的识别与提取，同时该方法具有较强的泛化性能和较好的工程实用性。     

高压喷嘴空化初生的大涡模拟

考虑瞬时压力脉动对空化初生的影响,采用动态亚格子应力模型对某高压柴油喷嘴内部瞬时流动进行大涡模拟。计算结果表明:喷孔入口分离形成的局部低压区内时均湍流脉动压力可达时均静压的2倍,两相流场时均空泡位置及形态与实验结果十分吻合,并与基于时均静压及湍流脉动压力预测的空化初生区域基本一致。分离剪切层失稳形成柱状涡并激发了转捩过程,在分离转捩区域柱状涡发生扭曲变形并产生强烈的瞬时压力脉动,从而导致了空化。喷孔入口倒角处理使得分离减弱,对分离转捩过程和空化初生具有抑制作用。     

水下航行体通气超空泡形态及阻力特性试验研究

利用中速空泡水洞开展了通气超空泡试验,并利用已有的经验公式得到了通气空化数,对通气超空泡形态及阻力特性进行了研究。研究表明,通气超空泡的长度和长细比都随通气空化数的增大而减小,航行体阻力系数则随长细比增大而减小。在流速恒定情况下,随通气率的增大,通气空化数逐渐减小,呈指数规律衰减。通气空化数越小,超空泡航行体的减阻效果越好,速度越大,超空泡减阻效果越明显。随通气空化数的减小,超空泡航行体尾部沾湿区域阻力系数也逐渐减小。     

艇尾实尺桨空化初始航速和高频噪声谱的工程预报

为了实现艇尾实尺桨空化初始航速和高频噪声谱的工程预报,采用模型桨空化多相流模拟和实桨高频噪声谱半经验公式预报相结合的方法,预报了SUBOFF潜艇标称伴流下的实尺度7叶大侧斜桨的空化初始航速和高频噪声谱曲线以及特定频率1kHz处的谱源级。空化模拟和空化初生的较高预报精度由E779A桨的空化形态、空化面积和初生空化数的预报给予了校验。半经验公式的适用性由USS212型潜艇和Agosta-80潜艇的螺旋桨噪声预报给予了校验,精度适中。计算结果表明:7叶桨在水深16.8 m时空化初始航速为12.8 kn,6 kn航速下1 kHz处谱级为101.7 dB,较相同水深下Agosta-80潜艇临界航速高2.6 kn、谱级低0.3 dB,表明噪声性能更优。较好地建立了艇尾实尺桨空化初始航速和高频噪声谱预报的工程应用方法。     

水工混凝土的空蚀试验及抗空蚀性能

利用旋转圆盘空蚀试验装置,通过在拟定水流条件下对不同配合比混凝土材料折抗空蚀试验,测定井分析了该类蚀和的抗空蚀行为。结果表明,水工混凝土在空蚀荷载的交变应力应变和单向应力应变作用下,其空蚀特征参数与疲劳特性指标具有良好的相关关系。     

应用模糊随机理论预测空化状态

本文首先分析了空化初生的模糊随机现象和用模糊集理论进行空化状态预测的可能性，其次，讨论了空化系统的模糊随机变量及其数字特征，在此基础上，提出了空化状态的模糊随机理论预测方法，并给出了相应的算例。     

轴对称体空化水动力脉动特性的实验研究

为了研究轴对称体非定常空化的脉动特性,采用高速全流场显示技术和动态测力系统实验研究了绕半球型和平头轴对称体的非定常空化流场及其动力特性。实验在闭式水洞中进行,采用高速摄影的方法观察了在不同空化数下绕半球型和平头轴对称体的空穴形态,总结了在不同空化数下空泡形态的脉动特性;测量了轴对称体受到的阻力,并对阻力信号进行了时频分析,得到了轴对称体阻力在非定常空化阶段的时频特征。结果表明:空泡形态及其对应的动力特征随着空化数的变化存在明显的非定常特性,空化流场形态与动力特征频率存在高度的相关性。并且不同头型轴对称体的脉动特性存在明显的差异,半球型轴对称体空泡流动的脉动主要是空泡尾部的高频小脱落引起的,而平头轴对称体的空泡流脉动成分主要是大尺度的漩涡空泡团的周期性脱落,空化流场的低频特征频率与空泡的大断裂相对应。     

结构陶瓷的空蚀性研究

利用转盘装置测量了ZrO2、Si3N4和Al2O3／Ti(NC)等陶瓷材料受到水的空蚀破坏的体积损失,通过SEM观察和XRD分析,探讨了微观结构和抗空蚀性能的关系。     

贮箱及输送管路流场空化发展机理研究

基于Pumplinx仿真分析软件开展了非稳态两相流仿真模拟分析,针对贮箱及下游输送管路,研究空化现象发展机理,并给出了试验验证.结果 表明,贮箱出口边界流量增大后输送管内各截面会依次发生空化,截面压力降低至饱和蒸气压.空化现象根据空化程度不同,可以分为局部微量空化和深度空化两种状态,不同状态下空化发展过程不同.在微量空...     

高强度铸造钛合金的耐空蚀性能

采用不同的试验方法对高强度铸造钛合金的耐空蚀性能进行了探讨研究。结果表明，该合金具有优良的耐空蚀性能，是处于空蚀条件下工作的高速旋转件的理想材料。     

基于小波奇异性理论的水轮机空化检测

空化噪声谱分析中常采用的功率谱分析在研究空化噪声这种具有很强突变性的信号时具有明显的缺陷,文中提出了一种基于小波奇异性理论的水轮机空化检测方法,并提出了小波基选择方案、突变点检测条件和最佳检测阈值。进行了混流式水轮机的模型转轮试验,观测了模型转轮额定工况下的涡带形态和空化发展情况,并采集存储了大量空化噪声数据。对照观测结果分析实际的检测数据,结果表明该方法的有效性,并很好的检测出空化初生和空化形态转变。     

水中高速运动体内置测速涡轮装置空化特性研究

水中运动体高速下会发生空化而改变流场结构,研究测速涡轮装置空化特性对提升运动体自主环境感知能力具有重要意义。该文基于内置测速涡轮的防空化结构设计,针对水流速度为10 m/s下的不同空化数、有无偏角情况,利用空化水洞实验和数值仿真模拟对测速涡轮装置的空化情况、涡轮转动情况和涡轮装置的空化特性进行了研究。结果表明:与无涡轮装置样机相比,空化区域发生了明显变化,云状空化团脱落明显加快,云状脱落范围更小。同时,该涡轮装置具有隔离外部空化的能力,在外界空化数高于临界空化数(σ_Cr=0.4)的情况下,能够保证涡轮装置位于线性测量范围。     

高速水流下空蚀热效应对水泥水化产物的破坏

随着坝工技术的提高和水力资源的深入开发利用,高坝建设发展迅速,其泄量大、流速高时的泄洪消能和抗空蚀保护问题是目前建设中的主要技术难题。区别于传统对高速水流引发空蚀的力学破坏定义,本研究从热学角度阐述了空蚀引起破坏的机理。本研究利用超声波空蚀仪进行不同类型水泥净浆空蚀试验,综合空蚀破坏面表面分析和对空蚀破坏后的水泥水化产物微观成分分析,对空蚀在硬化水泥表面产生的热效应进行测定和研究分析,初步讨论空蚀热效应对混凝土结构的破坏机理。试验结果表明,空蚀对水泥净浆表面的破坏不仅是简单的力学破坏,同时空蚀热效应还可以造成水泥水化产物的部分分解。具体而言,经过6 h超声空蚀试验后的试样,水化凝胶损失量不低于40%,氢氧化钙的损失量在25%以上,这对硬化水泥浆体的劣化有较为显著的影响。     

空化器参数对通气超空泡形态影响的实验研究

为了在低速下获取形态可控有效减阻的通气超空泡,利用中速可持续通气空泡水洞开展了空化器参数对通气超空泡形态影响的研究。研究结果表明:空化器直径与通气超空泡的形态密切相关,在相同流场参数条件下,较大直径的空化器易于空化且在较低的通气率下即可形成较大的通气超空泡;通气超空泡的优良率与空化器直径密切相关;不易选取空化器直径与模型后体直径比值Dn/D<0.263的空化器;空化器线形同样也是一个重要的参数,例如,在相同流场参数条件下,平头倒角形空化器比圆锥形空化器形成的超空泡尺寸大,对于圆锥形空化器,锥角越小越不易产生通气超空泡。此外,还将圆盘形空化器超空泡形态的试验结果与理论结果进行了比较,其总的规律是相一致的。     

大型空分设备用低温液体膨胀机内流及空化特性数值研究

针对大型内压缩空分流程,研制出一台低温液体膨胀机用于替代高压液体节流阀,以降低空分系统能耗。液体膨胀机内部空化流动会诱发转子振动,影响运行安全。文章将多相流模型与气泡动力学Rayleigh-Plesset模型相结合,研究了液体膨胀机低温空化特性。首先模拟了低温液氮水翼流动,利用实验数据验证了空化模型和数值方法。进一步将液体膨胀机蜗壳、可调喷嘴、叶轮以及扩压管作为整体进行建模,研究了液体膨胀机两相汽化的演变机理,探明了设计流量和非设计流量下膨胀机空化特性。