壅塞管空化器空化流场特性的数值模拟研究

基于水力空化相关原理和壅塞管的特性,对壅塞管空化器空化流场特性进行数值模拟研究,确认影响空化器空化效果的因素。通过研究确认,入口压力与入口直径对壅塞管空化器的空化强度有决定性影响。入口压力增大,空化器内压力梯度增大,表明入口压力越大,壅塞管空化器空化效果越好。入口直径增大,壅塞管内最大含气率升高,可在更大范围水体内产生空化泡,进而加强空化效果。在壅塞管空化器内产生比较均匀的气液混合两相流时,沿轴心线方向,从壅塞管中部位置至壅塞截面位置,气液两相流动的马赫数缓慢增大,在压力梯度到达极值时马赫数达到最大,为0.97,接近于1。     

低马赫数叶轮主要离散噪声源研究

对低马赫数叶轮离散噪声的机理及计算方法进行了研究，并推导了离散噪声的声压计算式、低马赫数下近似计算式和轴心线上的计算式，还实验验证了计算模型。研究表明，低马赫数情况下叶轮离散噪声主要是由脉动力造成，为降低低马赫数下的叶轮离散噪声提供了参考。     

泵空化流数值计算研究现状及展望

空化是一种包含气液相间质量传输的非定常可压缩多相湍流流动现象,它是泵性能和效率下降的主要原因。空化流动的计算主要涉及空化模型和湍流模型两个方面。本文概述了空化模型的一些基本理论,并比较了各个空化模型的优缺点;简要分析了湍流模型对空化流计算的影响;介绍了这些模型在泵空化流计算中的应用;最后展望了泵空化流计算模型的发展方向。     

空化对尾水管区域驼峰特性影响研究

为了研究水泵水轮机空化对驼峰特性的影响,采用SST k-ω湍流模型和Z-wart空化模型对全流道进行了三维定常数值模拟计算,并分析了不同工况点下尾水管在驼峰区域的水力性能和内部流动状态。研究结果表明,不同工况点下,流量大小会改变尾水管区域液流的流动方向,从而产生偏心涡带使尾水管区域出现不稳定性,造成机组振动和噪声;单相计算结果比空化计算结果更早受到剪切流的影响。来流与壁面射流相互作用产生漩涡,出现回流现象。在速度梯度变化方面,空化计算结果的速度值要比单相的值高,能量损失有所增加。     

孔隙高速流动中的气穴观测与噪声特性

为研究阀口高速流动中的旋涡空化机理及其与噪声特性的关系,运用高速摄像、噪声频谱分析等手段对典型阀口孔隙节流处的流场及流动现象进行分析.利用高速摄像机在微距模式下对阀口流场进行观测,最高拍摄速度达120 000幅/s.研究发现空化的产生与流动分离受背压的影响最为明显,进口压力对气穴形态及噪声影响次之;孔口较深时,不同流动参数下气穴初生的位置始终位于节流边与孔壁相交的锐缘区附近,随着阀口开度的变化,初生位置稍有变化.频谱分析同时表明,气穴的形态和尺度是影响噪声的最重要因素之一.     

车辆行星轮轴向滑动支承沟槽型织构润滑特性分析

在车辆旋转轴向滑动支承表面加工不同槽型微米级的沟槽,包括椭圆形槽、圆弧槽、三角形槽、梯形槽和矩形槽,利用流体流经浅槽表面产生流体动压力来减小摩擦。在考虑空化和流体惯性影响下,通过数值求解基于质量守恒边界条件的不可压缩定常Reynolds方程,分析不同槽型的结构参数(槽数、槽宽比、径向宽度)和工况参数(转速、槽深比)对润滑性能的影响。结果表明:研究的5种槽型的承载力由大到小依次为三角形、圆弧形、梯形、椭圆形和矩形;增加槽宽比、槽深比、径向宽度有利于降低润滑油温升,而增加槽深比则有利于降低空化率;研究的5种槽型中,矩形槽的润滑油温升最低且润滑流量最大,梯形槽的空化率较小。     

基于改进SVM算法的调节阀空化状态识别

空化现象往往致使调节阀产生振动、噪声以及工作效率下降等问题,严重影响煤液化系统的安全运行和元件寿命。准确识别调节阀内的空化状态可以为监测调节阀内空化状态、调节阀预测性维修提供数据支撑。针对调节阀空化状态难以有效识别的问题,构建一种基于遗传算法和核主成分分析(Kernel principle component analysis,KPCA)的支持向量机(Support vector machines,SVM)模型来对调节阀空化状态进行识别。利用时域、频域以及小波包变换提取振动信号的特征,通过KPCA提取特征向量的主成分,然后使用遗传算法优化后的SVM进行调节阀空化状态识别。试验结果表明,KPCA能够有效提取振动信号特征向量的非线性主成分,构建的SVM可有效识别调节阀空化状态。相比基于神经网络的空化状态识别而言,改进SVM具有更好的识别效果,识别准确率达98.7%。     

水射流空化噪声的混沌辨识

水射流空化是一项很有潜力的高效节能的水处理技术，其关键技术在于空化喷嘴。通过水听器采集3种不同结构的喷嘴产生的空化噪声信号，以Takens定理为基础进行相空间重构并分别计算其最大Lyapunov指数，该方法为空化喷嘴的设计和检测提供了一种新的途径。试验发现这3组空化噪声信号的最大Lyapunov指数均大于零，即这3组信号都是混沌信号。喷嘴I（具有自激振荡腔结构）的最大Lyapunov指数值最大，说明其空化噪声信号相空间中的混沌运动最剧烈，同时该结构的喷嘴对初始条件的依赖性也最大。     

串联圆柱体气动噪声特性研究

采用分离涡模拟方法和Ffowcs Williams-Hawkings方程相结合的声类比方法对串联圆柱体气动噪声进行了仿真计算研究。以美国航空航天局兰利研究中心的基准模型为计算模型,对比相关试验数据,验证了计算方法的正确性,并进一步探究了不同间距比、不同圆柱体直径、不同来流速度、不同攻角对串联圆柱体湍流流场和气动噪声的影响。研究发现:在低马赫数下串联圆柱体气动噪声具有明显的偶极子特性,下游圆柱体是主要噪声源;圆柱体间存在产生最大噪声的临界间距比;增大下游圆柱体直径是有效降低串联圆柱体气动噪声的方法;来流速度对串联圆柱体气动噪声特性的影响非常强烈且呈现出一定的规律;在合适的攻角下,串联圆柱体的气动噪声能够有一定程度的降低。     

阻尼孔水射流空化流动数值模拟

对流场中空化现象进行数值模拟时，需要捕捉空泡生成发展到溃灭的过程以及该过程在流场中发生的位置。以阻尼孔淹没水射流为研究对象进行数值模拟时，考虑到水和水蒸气相变过程中两相具有压缩性，选择使用多相流混合模型并加入带有压缩性的正压方程进行描述。湍流模型选择kOmegaSST模型，对近壁面逆压梯度预测更准确，便于捕捉附着型空化现象。方程求解方法采用PIMPLE算法，在求解过程中每一个时间步内的变量根据情况采用不同的离散方法以达到稳定求解。数值模拟结果表明该方法可以捕捉到喉管处由于速度突变引起压力变化产生的附着空化，同时可以很好捕捉到喷嘴处与下游空泡的产生发展和溃灭过程。     

基于计算流体力学的串列轴流泵空化性能分析

对一串列轴流泵内部空化流场进行计算,研究设计流量下串列泵内部空化发展过程,分析串列泵的空化性能。湍流模型采用一种RANS/LES的混合模式FBM模型,通过二次开发引入到计算软件;采用Zwart空化模型处理相间质量传输过程。基于一普通轴流泵的试验空化特性数据对上述计算方法进行验证,结果表明上述计算方法可以较好地预测轴流泵的空化特性。研究结果表明,在设计流量下,串列泵内部空化发展可以分为四个阶段:空化初生阶段、首级叶轮空化发展阶段、次级叶轮空化发展阶段和空化充分发展阶段。在首级叶轮空化发展阶段和次级叶轮空化发展过程中,串列泵的能量特性存在一个过渡阶段。在该过渡阶段,串列泵整体外特性仍具有较高水平,这是由于首级叶轮外特性下降的同时次级叶轮外特性稍有上升。     

基于小波熵的空化状态检测与识别

空化是广泛存在且对流体机械危害很大的物理现象.文中将小波熵方法引入空化噪声分析,探讨基于小波熵的空化初生检测和空化状态识别方法,并对小波基的选取和计算窗口宽度及滑动步长对小波熵状态检测和识别性能的影响进行详细讨论.通过数值实验和空化噪声实例表明,小波熵能十分敏感地检测到空化初生及空化状态的改变,可为空化状态的检测和识别提供一种有效识别手段.     

往复压缩机气阀压力脉动及噪声试验分析

为研究压缩机阀隙气流马赫数对吸、排气过程压力脉动及压缩机噪声的影响，通过改变气阀阀隙几何通流面积的方式控制阀隙通道的气体流速和马赫数，采集不同阀隙马赫数下的吸、排气腔和气缸压缩腔内压力波动信号以及缸头侧噪声声压信号，分别对阀片开启时的阀隙压力脉动强度以及压缩机噪声时频信号进行分析。试验发现吸气过程阀隙压力脉动仅发生在阀片开启瞬间，且瞬时压力脉动强度远远大于排气过程；阀隙吸气马赫数对500～2500 Hz范围内的压缩机噪声均有一定影响，排气马赫数主要对2000 Hz的压缩机噪声有一定影响，吸排气阀隙马赫数的改变对试验压缩机噪声影响最大相差2.03 dB(A)。降低阀隙马赫数对改善压缩机吸排气过程压力脉动及压缩机噪声具有重要意义。     

混流泵水力模型空化诱导振动与噪声特性试验研究

针对混流泵水力模型空化诱导过程中产生的振动与噪声问题，在大型泵综合性能试验台，采用物理试验方法，通过混流泵水力模型进出口、静动间等位置的振动测试，以及进出口4倍管径处的噪声测试，获取混流泵水力模型空化诱导过程的振动与噪声信号，并开展频谱分析及特征对比。结果表明：混流泵水力模型空化诱导过程出口处噪声明显高于进口处，进口处的辐射噪声先逐渐增大，在扬程下降约1%处达到极值后呈现减小趋势；出口处的辐射噪声先逐渐增大，达到极值后呈减小趋势，后又逐渐增大；进口处振动与噪声变化规律一致，在汽蚀余量比常压时下降20%～25%处出现极大值，可以通过振动来反映噪声的变化趋势；出口处振动噪声变化规律存在一定差异，振动强度峰值出现时汽蚀余量要小于出口处噪声声压级强度出现峰值时的汽蚀余量。所得结论可为混流泵减振降噪设计提供参考，对喷水推进泵空化状态的实时动态监测具有实际工程应用意义。     

液压锥阀启闭过程及空化的研究

在锥阀启闭过程中,阀口处流道形状较为复杂,这会促使阀口处产生空化,从而对液压系统的稳定性和可靠性产生不利影响。通过OpenFOAM 3个分支版本的foam-extend-4.1开发出应用浸没边界法的两相空化流动求解器,使用该求解器在阀芯启闭过程及阀口空化的数值模拟研究中尝试应用浸没边界法且得到了较好的计算效果。研究表明,开阀时的空化是因为阀口处高速射流所导致的射流空化,关阀时的空化是由于液压油惯性导致的二次空化。     

喷嘴出口结构参数对风琴管射流空化作用的影响

风琴管射流的空化作用虽由其振荡特性诱发,但受制于其出口结构,出口结构对空化作用的影响一直被忽视。首先从射流空化作用机理出发,分析风琴管喷嘴出口边界层流动特性,揭示喷嘴出口结构与空化作用的内在联系。基于水声学原理,采用噪声信号分析法研究了相同空化数下出口结构参数对风琴管射流空化作用的影响,探究不同空化数下出口结构参数对射流空化作用的影响规律。试验结果表明,流道长度L1、扩口长度L2及扩口角度θ等喷嘴出口结构参数对射流空化作用效果均产生显著影响,L1仅对射流空化作用产生直接影响,L2仅对射流空化作用产生间接影响,而θ对射流空化作用产生双重影响;L1、L2及θ对射流空化作用的影响具有明显的规律性,均存在合理的取值范围,在该范围内射流空化作用效果较佳。风琴管射流的高频振荡特性只是自振射流发生空化作用的前提条件,而喷嘴的出口结构在一定程度上决定着自振射流的实际空化作用效果。     

高压先导轴流式天然气减压阀综合噪声级预测分析

针对高压先导轴流式天然气减压阀使用中存在的噪声问题,利用IEC 60534-8-3-2009标准对高马赫数工况所产生的噪声进行了理论预估计算,对于超标噪声范围提出了改进措施,为相关设计和选型提供参考.     

不同壅塞管直径壅塞空化器的数值研究

研究了7种不同壅塞管直径和背压对壅塞空化器空化效果的影响。结果表明:不同壅塞管直径的壅塞空化器在背压小于或等于临界压力值时出现壅塞流动现象,此时,壅塞截面上游壅塞管轴心线上的压力、气体体积分数、马赫数都不会受背压影响;当壅塞管中形成混合较均匀的气液两相流时,从壅塞管中段至壅塞截面气液两相流动的马赫数逐渐增加,在压力梯度最高点最大值为0.98;不同壅塞管直径的壅塞空化器要产生强烈的空化都有最佳的背压范围,随着壅塞管直径的增大,最佳的背压范围会逐渐缩小;在壅塞流动的条件下,增大背压或壅塞管直径,最大压力梯度值会增大,壅塞截面会向上游移动。     

自激振荡脉冲射流喷嘴的修正空化模型

根据自激振荡脉冲射流喷嘴中的空化发生机理,一种考虑剪切力(包括雷诺剪切力和粘性剪切力)和由湍动能产生的压力脉动对空化影响的修正空化模型被提出来提高喷嘴内流场的模拟精度。修正空化模型通过用户自定义函数UDF挂入到Fluent中定义空化压力属性。采用该修正空化模型模拟计算所得到的不同入口压力和腔径条件下的喷嘴出口压力峰值与以往的实验结果吻合得很好,验证了该修正空化模型的正确性。进一步对剪切力和由湍动能产生的压力脉动对空化的影响进行了分析,并且研究了不同入口压力条件下这两个因素对空化发生的影响的强弱程度以及空化初生的能力。     

基于图像灰度统计的调节阀空化分布特性研究

针对调节阀内复杂的空化流动现象,研究调节阀内的空化形态特征和分布特性。建立调节阀空化图像采集试验系统,采用高速相机对空化形态进行捕捉。由于空泡的生长、溃灭等动力学行为使空泡群的密度和数量的不同,捕获的图像上灰度值的变化与空泡的演变过程之间存在相关性。该文通过空化图像中灰度值的变化来识别空化区域,且为提高分析可靠度,引入三个特征量：相似系数R确定所需样本数量、灰度变化率λ来表征空泡的动力学行为变化、平均灰度值ψ表达空化长度。根据这三个特征量,我们准确获得了调节阀内空化产生的位置、分布区域以及形态的变化。调节阀流道内空化附着区域可分为空化形成区(IR)、发展区(DR)和溃灭区(CR)。背压是影响空化附着区域形态的一个重要因素。随着背压的增加,其对空化的抑制作用比较明显,空化形成区的终点也是溃灭区的起点,即空化在流道内的分布形式仅为空化形成、溃灭这两种分布形式。此外,随着背压的增加,空化强度减弱,空化长度亦减小。