双吸泵空化非定常数值分析

为了分析双吸泵内部非定常空化流,采用SST湍流模型及基于Rayleigh-Plesset方程的输运空化模型,对双吸泵空化流场进行定常与非定常模拟,得到了双吸泵内流场空化初生部位及空化发展情况,并设置监测点分析了空化状态下双吸泵内不同位置处的压力脉动特性。结果表明,空化首先发生于叶片吸力面头部靠近前盖板处,随着空化余量的降低,空化面积及空泡体积分数不断增大,空化继续发展后,空泡会逐渐向叶片吸力面及叶轮出口扩散,从而降低泵的扬程;在一个旋转周期内,单个叶片上的空化状态呈现出由弱变强、再由强变弱的发展趋势;随着空化余量的降低,监测点处压力脉动幅值增加,蜗壳流道内压力脉动的主频为叶频,谐频为叶频的倍数,且蜗壳隔舌处的压力脉动幅值最大。     

离心泵叶轮穿孔对空化性能的影响

为分析离心泵叶轮开孔对空化性能的影响,选取一普通离心泵作为研究对象,在进口易空化区不同位置做不同直径的贯通孔,利用CFD仿真软件,对模型进行全流道三维定常湍流空化数值模拟,研究在不同进口汽蚀余量条件、不同开孔位置和不同开孔直径对离心泵性能影响。结果表明:开孔会造成叶轮内能量损失,损失大小与开孔直径和孔内平均流速正相关;开孔对离心泵空化性能影响主要取决于流体在吸力面与压力面之间的能量差和开孔造成的能量损失之间的差值,差值为正则抑制空化,差值为负则加剧空化;扬程和效率随开孔直径先升高后下降,当穿孔直径为3 mm时,达到最大值;开孔会影响叶片吸力面压力及流场分布;综合看,在C=0. 5流面开孔优于在C=0. 9流面开孔。     

颗粒体积分数对天然气水合物多相混输泵内流特性的影响

为研究颗粒体积分数对天然气水合物多相混输泵内流特性的影响,基于ANSYS CFX软件采用非均相模型和particle模型,选用甲烷水合物颗粒体积分数为5%、10%、15%和20%的海水为介质,对多相混输泵流场进行数值模拟。结果表明：当颗粒体积分数较低时多相混输泵叶轮和导叶内旋涡较小,但随着颗粒体积分数的增加多相混输泵叶轮和导叶内轴向旋涡逐渐增大;在叶轮流道内颗粒分布较为均匀,而随着颗粒体积分数的增加,导叶内较大的旋涡影响导致颗粒在导叶内出现明显的聚集现象,在导叶叶片表面颗粒主要聚集在吸力面前半部分,其分布区域远大于压力面,即导叶吸力面更易受到磨损;随着颗粒体积分数的增加,多相混输泵的扬程和效率均逐渐降低。     

含气率对多相混输泵叶片应力应变的影响

为了揭示流固耦合作用对多相混输泵的影响规律,以一单级多相混输泵为研究对象,选取气液两相作为运输介质,基于ANSYS软件进行数值计算,流体域采用TurboGrid进行结构化网格划分。通过计算得到不同含气率下叶片表面的应力和应变分布规律。结果表明:在不同含气率下,动叶轮内最大变形量均出现在流向系数为0.1附近,而静叶轮内变形最明显的位置位于叶片的进口与出口处;随着含气率的增加静叶轮内叶片的变形量有一定程度的下降,但降低的程度要低于动叶轮内叶片的变化量。在动叶轮内,随着含气率的增加压力面和吸力面等效应力整体减小,且最大等效应力区域逐渐向叶轮进口方向移动。研究结果可为多相混输泵的开发与结构优化提供参考。     

空化对分流叶片式航空燃油泵性能的影响研究

为探究空化对某分流叶片式航空燃油泵性能的影响规律,本文基于RNG k-ε湍流模型与Zwart-Gerber-Belamri空化模型,利用ANSYS CFX软件对其内部流场进行了数值模拟,分析不同流量和不同空化程度下燃油泵内流动特性及压力脉动规律.结果 表明:在不同流量下,空泡的演变规律相同,均随空化余量的降低,先从长叶...     

针阀升程对乙醇柴油的空化现象及近场喷雾特性的影响

基于等比例放大透明喷嘴搭建可视化试验台,以乙醇柴油为流动介质,通过控制燃油喷射压力改变孔内燃油流动速度,对比研究了不同燃油流速下3种针阀升程(3mm、6mm和8mm)所对应的喷嘴孔内空化现象及近场喷雾形态。试验发现:喷嘴孔内空化现象随燃油流速升高依次历经无空化阶段、空化阶段(初生-发展-超空化)和柱塞流阶段;同等燃油流速下针阀升程越小,则喷嘴孔内越易发生空化,且空化现象更为强烈。喷孔流量系数随燃油流速升高呈先缓慢增大后急剧减小的变化趋势;同等燃油流速下针阀升程越大,则喷孔流量系数越大。近场喷雾锥角随燃油流速升高呈先增后减的变化趋势;在柱塞流发生之前,同等燃油流速下针阀升程越小,则近场喷雾锥角越大,且喷雾锥角峰值对应的燃油流速越小。     

水泵水轮机泵工况下内部空化特性分析

为研究空化条件下水泵水轮机泵工况的内部空化特性,基于ANSYS CFX(有限元分析)软件采用k-ε湍流模型、均质多相模型和Rayleigh-Plesset方程,对某抽水蓄能电站模型机进行了全流道非定常空化流动数值计算。根据模拟结果预测了水泵水轮机泵工况工作无空化时的能量特性和空化发生时的空化性能,并与试验数据对比。结果表明:流场数值计算成功地捕获到了空化发生、发展及空间演变过程;随着空化数的变化,空泡在叶片背面进口附近产生,然后沿着流线向叶轮出口扩散,并随着流道过流面积的增大向叶片工作面扩展,直接影响叶片上的压力分布和叶片中间流线上叶片载荷分布;在空化严重时,会造成叶轮流道内流动紊乱和严重堵塞,导致效率的大幅下降,对机组安全稳定运行非常不利。     

基于CFX的混流泵内流场数值模拟

基于三维不可压缩流体的N-S方程和RNGκ-ε湍流模型,采用流体计算软件ANSYS-CFX计算了额定转速下190～300L/s流量范围内9个工况点的某混流泵内部流动,研究了小流量工况、最优工况和大流量工况等工况下叶片压力面、吸力面的静压分布及各断面翼型附近的相对流速分布;通过分析混流泵内部流动速度和叶片表面静压分布,揭示了其内部流动的主要特征。预测了泵的水力性能,并与泵模型性能试验结果进行了对比。结果表明,最优工况时数值模拟与试验结果吻合较理想,满足工程实际的需要。     

分流叶片对离心泵非定常空化流动特性影响分析

采用ANSYS(有限元分析)软件,对有/无分流叶片的离心泵流道内的空化流动进行定常及非定常的数值模拟,分析分流叶片对离心泵空化性能的影响,同时对叶轮进出口以及蜗壳内的压力场进行监测,得到空化条件下的压力脉动规律。结果表明:添加分流叶片后,泵的空化性能提高,临界空化余量减小。随着空化余量NPSHA的不断下降,空化所诱导的压力脉动逐渐加剧,其中以泵隔舌处的压力脉动最为明显。有/无分流叶片离心泵内压力脉动主要发生在叶频及其谐波位置。添加分流叶片后,离心泵内的压力脉动得到明显改善。     

斜流工况下喷水推进器叶轮空化特性的数值研究

针对喷水推进器斜流工况时叶轮内部的空化问题,采用SST k-ω湍流模型和Zwart空化模型,对不同斜流角下的喷水推进器流场特性进行了数值模拟,获得了斜流角对喷水推进器水力性能、叶片表面空泡分布以及叶顶间隙区空化分布等方面的影响特性。结果表明：斜流角〖JP2〗从0°逐渐增大至40°时,推进泵的质量流量、扬程增加,效率则递减,约减小了3%;随着斜流角增大,依次影响多个叶片表面的空化分布,叶片表面空化区域从吸力面进口边向出口处不断发展;叶顶尖隙内的泄漏流、叶顶泄漏涡及卷吸区的空化范围随斜流角的增大不断扩展,并发生相互干涉和混合,最后叶顶区空化趋于稳定状态;随着斜流角的增大,叶顶进口附近处的空化和涡量分布发展规律具有相似性。     

水力机械空化初生的分子动力学模拟

为研究水力机械空化初生瞬态特性,应用分子动力学的模拟方法,对存在空化核的水分子计算域进行了研究,得到空化核初始尺寸与系统亚稳态对空化初生的影响,并对空化核的演变过程、系统压力以及系统分子势能、分子径向分布函数等相关的热力学参数进行分析。研究表明:空化初生于液态水中的空化核,空化初生时空化核及其周围小范围内的液态水处于负压状态;一定体积的空化核系统存在临界亚稳态,未进入临界亚稳态的体系中空化核不能稳定存在,体系进入临界亚稳态后空化核体积增大,空化发生,空化核体积越大的系统越容易进入临界亚稳态,从而诱发空化;空化初生时体系压力迅速增加,分子势能减小,分子排布也发生改变。     

某水电站混流式转轮下止漏环空蚀成因分析及处理研究

本文针对某水电站混流式转轮下止漏环规律性空蚀现象,分别从检修安装、运行工况、水力开发及真机设计等方面分析了相关影响因素,给出了这种规律性空蚀现象成因及改进处理方案.最后针对相似水头段转轮研制,提出了四点设计提示.     

双向贯流式水泵空化特性的试验研究

为解决城市双向供水问题,应选用具有良好能量特性和空化特性的水泵。采用用空化试验方法,对正常轴流叶片泵与“S”形叶片泵的空化性能进行对比分析,结果表明“S”形叶片泵的空化性能比正常叶片泵的空化性能稍微差些。但兼顾能量特性,“S”形叶片泵不失为一种较好的水泵。     

有压闸室通气孔布置优化研究

有压闸室设置通气孔能够改善闸门启闭过程中的流态、脉动压力和启闭力特性,但同时可能带来通气孔下游附近的空蚀空化问题和通气孔内风速过大问题。利用1∶35水力学物理模型,针对4种通气孔布置形式的风速和空化特性开展了常压和减压模型试验。结果表明,通气孔断面面积越小,孔内风速越大;设置2个通气孔时,通气孔直径从1.2m减小到0.8m,能使空化噪声相对能量降低65%;在排沙洞出口段设置10m长圆管段后,能将空化噪声相对能量降低61.5%;排沙洞出口的跌坎高度对通气孔的空化特性影响不大。该结果对类似工程具有重要参考意义。     

柴油机模型喷孔内空化与空蚀特性试验研究

在真实喷油器空蚀试验基础上,利用X射线CT扫描检测到了喷嘴内微量空蚀。为获得空化对空蚀的具体影响,搭建了可同时获得喷孔内空化区域和空蚀区域及形貌的可视化试验装置,采用高速摄影技术和电镜扫描(SEM)技术,针对一个矩形喷孔内空化流动和空蚀特性进行试验研究。结果表明:喷射压力越高,喷孔内空化发展越充分,并出现了单相流、不完全空化流、超空化流和水力回流4种不同流态;云空化脱落呈现出一定的循环周期性,且喷孔下游空蚀区与云空化脱落溃灭区非常吻合。结合壁面附近空化区与液相区交界处存在的空蚀现象,推理云空化脱落溃灭和冷凝溃灭是喷孔内空蚀形成的两大因素。     

Response of microscopic bubbles to sudden decrease of ambient pressure in viscous compressible liquid

Intpoduction'Sudden Changes Of liquid flow velocity in pipingsystems are accompanied by high amplitode Pressareoscillations. In some phases of osdllations the Pressarecan reach negative Values (tensile sacsses). la thesecases the microscopic bubbles dispersed in the liquidgrow tO large cavihes. ~ some delay, when theliquid pressure inereases, they collapse again.The dynndcs Of a single gas or gas-vapour bubblein v~ ambient Pressal has been a subject ofnumerous stUdies over the years. Main …     

Experimental research on antiscale and scale removal by ultrasonic cavitation

Aiming at the scale problem in heat-transfer equipments, experimental investigation on antiscale and scale removal by ultrasonic cavitation is performed. By means of microscopic magnifying photography system, the sedimentary phenomenon can be observed. The experimental research reveals the influencing rule of acoustic intensity, cavitational distance, liquid temperature and solution concentration. The experimental results indicate that liquid temperature has different effects on antiscale and scale removal. Different experimental liquids are used for antiscale and scale removal experiments. The results show that every liquid has a respective cavitational active temperature. When ultrasonic is used for antiscale, the smaller acoustic intensity is, the better effect is. But, when ultrasonic is used for scale removal, acoustic intensity has a reverse influence. In addition, biggish solution concentration is propitious to antiscale for long-time running. Distance of test sample to ultrasonic transducer also has certain influence on antiscale and scale removal. The smaller the distance to ultrasonic transducer is, the better effects antiscale and scale removal have.     

重型柴油机湿式缸套穴蚀损伤差异的数值模拟研究

本文针对某款重型柴油机在爆压提升前、后出现的穴蚀差异,提出了一种综合缸套振动变形与冷却液空化的耦合建模方法。首先基于活塞-缸套瞬态动力学模型,获取了缸套主副推力侧在活塞侧击作用下的动态响应,并通过台架试验进行了校验。然后,将仿真的振动信号以动网格形式输入流场,研究了缸套振动激励下两款柴油机不同水腔区域的空化波动特性,并结合实验与数值模拟解析了高爆压柴油机缸套穴蚀显著的主要原因。结果表明,缸套在活塞侧击作用下的振动响应与其约束模态有关,流场的空化强度与缸套振动幅值并非线性相关,而是与缸套的振动频率和模态振型存在耦合相关关系。这些研究成果为缸套穴蚀倾向的预测研究提供了新的思路与方法。     

Local Convective Heat Transfer from a Horizontal Tube in an Acoustic Cavitation Field

An experiment has been carried out to investigate the local convective heat transfer from a horizontal circular copper tube in an acoustic cavitation field. The effects of acoustical parameters (including sound source intensity, the vibrator location and sound distance), fluid temperature and thermophysical properties of working fluid on heat transfer enhancement were studied, as well as the variation of heat transfer rate with sound source intensity at constant heat flux. Results show that convection heat transfer was remarkably enhanced due to disturbance and impingement by cavitation bubble. Among these cases tested, the maximum augmentation ratio of 3.95 was reached for acetone with a cluster of cavitation bubbles impinging perpendicularly on the tube surface.     

翼型的选择对轴流泵抗汽蚀性能的影响

先对NACA0010系列的5种最大相对厚度位置不同的翼型分别在GAMBIT中进行轴流泵建模，通过FLUENT软件对5个泵内部流场进行三维数值计算，通过对比分析得出，翼型最大相对厚度在弦长的50％处时对汽蚀的抑制效果最好。再选择最大相对厚度在弦长50％，最大相对厚度不同的4种翼型，对4台泵进行同样的计算，可以得出最大相对厚度为14％时泵的抗汽蚀效果最好。