潮流能水轮机叶轮压力脉动特性分析

潮流能水轮机周围流场的压力脉动是影响水轮机运行稳定性的关键因素之一。基于CFD单、双向流固耦合方法和滑移网格技术,对水平轴潮流能水轮机叶轮实施了三维数值模拟。通过分析水轮机周围流场的非定常流动,得到了三种不同工况下叶轮的应变特征、各监测点的水压力脉动和频域振动特性。计算结果显示:双向流固耦合计算得到的最大变形量与最大应力值均较单向流固耦合时略大,随着水流速度的增加,叶轮叶片的应变量增幅与有效应力增幅逐渐降低;水轮机的压力脉动幅值由叶尖到叶根基本呈递减趋势;水轮机压力脉动的主频率集中在相应工况的叶频附近,且水轮机叶片背面的压力脉动比正面的波动程度要剧烈。     

脉动冲击射流的传热特性研究

为了深入理解脉动冲击射流的传热传质特性,研究脉动流的温度相关热物理性质对于靶面局部努塞尔数分布的影响,分别对正弦和方波非稳态脉动冲击射流进行了数值模拟.结果显示单个正弦脉冲的强化传热并不明显,而方波脉冲的强化传热效果却十分明显.对于脉动冲击射流中的流场分析表明,靶面上的瞬态换热效率与非线性热力学和水力学边界层随时间的发展密切相关.     

高比转速斜流泵内部压力脉动特性的实验研究

为了研究不同工况下高比转速斜流泵内部压力脉动特性和规律,选取某高比转速斜流泵模型为研究对象,在斜流泵叶轮进口段至导叶出口段设置7个压力脉动监测点,采用微型压力脉动传感器采集不同工况下的压力脉动时域信号,并进行频域特性分析。实验结果表明,不同流量工况下,叶轮进口到导叶出口的压力脉动幅值依次降低,同时压力脉动所呈现出的周期性相似波动规律也依次减弱。叶轮进口压力脉动周期性相似波动规律较好,压力脉动幅值也最大,而叶轮出口受叶轮进口流动分离形成的低频大尺度漩涡及叶顶泄漏涡的影响,在小流量工况下的压力脉动周期性相似波动规律相对减弱。导叶进口只有在额定工况1.0Q_(opt)下压力脉动才有动静相干周期性相似波动规律,而导叶出口处的压力脉动幅值最小且在受到导叶数及其发生失速可能产生的低频大尺度漩涡和叶轮出口回流等漩涡的影响,在小流量工况下呈现较弱的周期性相似波动规律。此外,不同工况下叶轮进出口及导叶进口的压力脉动主频都是叶片通过频率,同时叶轮进出口还存在叶片通过频率的高阶谐波,但在导叶出口处的压力脉动主频随流量的变化而变化。     

多股射流入射水垫塘点面脉动压力特性

本文首次对１：１００大比尺的水垫塘模型在多股射流入射时的底板点面脉压进行了多组次量测，对点面壁压的自相关特性，点面脉动强度关系及点面关系的频谱特性进行了分析，得到点面壁压脉动强度均化系数Ｃｐ与承压面积Ｓ和水垫塘水垫深度ｈｔ的经验公式。这些结果为工程设计提供了重要的依据。     

不对等射流空中碰撞扩散消能研究

本文在总结挑流碰撞消能已有研究成果的基础上，提出射流空中碰撞消能的主要作用在于分散水流，用小股射流碰撞大股主射流，可以使主射流充分分散，达到消能目的。通过模型试验，分析了不对等射流的水力特性，研究了满足消能需要的最小流量比，从而提出了不对等射流空中碰撞消能的新思路，并为创造这一新的消能方式打下了初步基础。     

贴壁射流形态对跌坎消能的水力特性影响试验研究

贴壁射流形态是影响跌坎型消力池消能效果和水力特性的重要因素之一。为研究贴壁射流形态对输水工程跌坎消能效果和水流特性的影响,通过１：２０的水工模型试验对反弧贴壁射流和平抛贴壁射流情况下的跌坎消力特性进行试验观察和测试。获得不同射流形态下的主流形态、消力池底板脉动压力过程及水面波动时程曲线。试验结果表明：平抛型贴壁射流通过增加射流入水的俯角,使射流进入消力池后产生强烈紊动和翻滚,导致消力池底板的时均压力和脉动压力比反弧贴壁射流大,但平抛贴壁射流减小了消力池和稳水区的水面波动,能更好地满足输水工程下游隧洞稳定输水要求。     

脉动流场中旋进旋涡流量计流体振动特性的实验研究

研究了脉动流场中旋进旋涡流量计流体振动特性。在自行设计的实验装置中使用压电式压力传感器对50mm口径的旋进旋涡流量计在脉动干扰流场中的流体振动特性进行试验研究,明确了流体脉动对旋进旋涡效应的影响因素。实验研究表明,流体脉动干扰与旋进旋涡效应的脉动压力为线性叠加关系;流体脉动干扰的能量耗散作用将导致旋进旋涡效应的衰减,从而扩展旋进旋涡流量计测量的下限。并提出了新的设计,以利用对称脉动压力信号差分处理和改善测量系统的电磁屏蔽性能来减弱流场波动对该类流量计的影响。     

通气航行体表面压力脉动特性实验研究

通过水洞实验对水下通气航行体云状空泡进行了实验研究,对比分析了不同空化数下航行体表面压力脉动特性。为了研究通气空化的脉动特性,通过动态测力系统测量了航行体表面的压力,并对压力信号进行了频谱分析,得到了通气航行体表面压力在不同空化数下通气空化的频域特征。实验得到以下结论:通气空泡形态与其对应的表面压力脉动特征随着空化数的变化存在明显不同的非定常特性,通气空化流场形态与表面压力脉动特征频率有较高的相关性。并且不同空化数下通气空化压力脉动主要是由大尺度空泡周期性脱落引起,表面压力的特征频率与空泡的断裂脱落相对应;随着空化数的减小,航行体平均表面压力峰值逐渐增大,空泡脱落后表面压力波动逐渐趋于平缓。     

双流道污水泵内非定常压力脉动特性研究

基于拓展的标准k-ε湍流模型和Mixture多相流模型,对双流道污水泵内非定常压力脉动进行了数值模拟,计算结果与试验结果较为吻合,数值计算模型和方法可靠性高。在泵蜗壳内设置了监测点来分析不同颗粒粒径和颗粒体积分数时压力脉动的变化。结果表明:颗粒物性对泵内压力脉动影响明显,加入粒径0.5 mm、体积分数5%的颗粒后蜗壳周向压力脉动强度有减弱的趋势且最大减小了34.80%。隔舌下端与蜗壳出口成15°夹角的TP1点因受隔舌处回流影响主频大多不是叶频,而正对隔舌的TP2点和隔舌上端第9断面的TP3点压力脉动主频均为叶频。颗粒在TP3点处发生沉降离析导致静压波动异常,颗粒体积分数一定时选择合适的粒径或粒径一定时适当增大两相流输送浓度都能有效降低压力脉动强度。     

可压缩流体射流冲击平板的压力特性研究

高速射流冲击会造成严重的结构损伤,因此射流冲击问题越来越受到我国海军重视。在射流冲击平板的初始阶段,流体的可压缩性起着主导作用。计及流体的可压缩性和自由液面的变形,通过对双渐进法进行改进,数值模拟射流冲击时刚性板的压力分布,数值结果与已有文献值吻合良好。将此方法与有限元耦合,实现冲击流固耦合问题的求解,使其同样适用于弹性板。研究表明：刚性板中心附近将会产生约为1/5冲击区域的负压区,且自由液面的变形使得冲击脉宽和冲量明显增大。弹性振动对冲击压力的峰值基本没有影响,但弹性振动极大地改变了冲击压力的分布,并能有效的抑制负压区的产生。     

柱塞泵压力脉动随机动力特性分析及实验研究

考虑流体流动、转子转动等随机性引起的压力脉动波动特性,提出了柱塞泵压力脉动的随机动力学表达式,并通过三柱塞泵-管道系统实验获得压力脉动随机参数的概率分布规律为极值I型分布。根据所提出压力脉动随机动力学表达式,应用蒙特-卡罗方法进行管道动力响应分析,通过与实验数据对比验证了所提出表达式的合理性。根据实验及数值分析结果发现泵输出压力脉动与管道位移响应均服从极值I型分布,随机压力脉动频率特性中出现和实验一致的1/3倍频。管道动力响应数值分析结果与实验吻合良好,证明所提出的表达式能够准确模拟柱塞泵管道系统内压力脉动随机动力特性,对管道系统的安全性和可靠性设计具有重要的应用价值。     

双吸离心泵压力脉动特性数值模拟及试验研究

为深入了解双吸离心泵内部非定常压力脉动特性,对一台双吸离心泵在0.6Q_d、0.8Q_d、1.0Q_d和1.2Q_d工况下的压力脉动特性进行了试验和数值模拟研究,得到了吸水室和蜗壳壁面上3个监测点的压力脉动时频域特性及泵内部压力脉动强度分布。对比试验和数值模拟的泵外特性和监测点的压力脉动功率谱密度,验证了数值模拟的准确性。结果表明:在设计工况和小流量工况下吸水室监测点处叶频是压力脉动的主频,在1.2Q_d时主频转变为轴频,且轴频的幅值随流量变化较小;因吸水室顶部漩涡较多,采用SST k-ω模型进行数值模拟未能准确预测吸水室中的压力脉动。蜗壳上监测点的压力脉动主频为叶频,其振幅随流量的增加先减小后增大,由于蜗壳内压力脉动主要原因为叶轮和蜗壳的动静干涉作用,数值模拟可以准确预测蜗壳中的压力脉动。在小流量时蜗壳出口处监测点的压力脉动主频为轴频,在设计工况和大流量时为叶频,但由于数值模拟未考虑环境因素,使得其结果与试验有偏差。蜗壳中压力脉动强度随着流量增加先降低后变大,在设计工况最低,在设计流量和大流量工况下隔舌断面上压力脉动强度对称分布。     

离心泵瞬态空化流动及压力脉动特性

基于RNG k-ε湍流模型及输运方程空化模型,考虑空化流动可压缩性影响修正湍流模型,考虑湍流压力脉动对饱和压力影响修正空化模型,对小流量工况离心泵瞬态空化流动进行数值模拟,计算所得扬程随进口压力变化曲线与试验结果吻合较好,能较准确预测离心泵在空化临界点扬程陡降过程。在离心泵叶轮流道中间与叶片压力面、吸力面布置监测点,对比分析非空化、空化时叶轮内压力脉动特性。结果表明：叶轮内压力脉动主频为叶轮转频;在叶轮流道及叶片吸力面,叶轮内压力脉动最大幅值由进口至出口逐渐增大,而在叶片压力面,压力脉动最大幅值在叶片进口4/5处最大。空化流动各监测点压力脉动最大幅值大于非空化,在流道进口处约为非空化时2倍。受蜗舌结构影响,叶轮内各流道空化区域分布不均匀。     

挑流消能雾化范围的预估

根据所搜集到的泄洪原型观测资料以及部分模型试验资料，在综合分析了影响雾化范围的各种因素的基础上，探讨了挑流消能雾化降雨区范围的粗估方法。据此，文中给出了雾流降雨区长度与宽度的粗估公式。     

液氮温区脉动热管流动及传热特性研究

脉动热管是一种新型传热元件,具有结构简单、传热性能突出的优点。为了研究低温脉动热管管内工质流动及传热特性,采用液氮为工质,运用多相流VOF方法建立闭式环路结构的低温脉动热管的三维数值模型,并对模型进行了数值模拟。文章对低温脉动热管管内工质的流型变化和传热性能的影响因素进行了研究。结果显示,低温脉动热管从启动阶段到稳定运行阶段管内工质存在多种流型。得出低温脉动热管的倾角、充液率和内径会对低温脉动热管的传热性能产生一定的影响,并分析了倾角、充液率和内径对低温脉动热管传热性能的影响特点。     

剪切型消能连梁的循环屈曲特性研究

该文对剪切型消能连梁的循环屈曲特性展开了试验研究,并建立了连梁的数值分析模型,分析了不同参数对连梁腹板循环屈曲特性的影响规律。研究表明:轴向位移约束对连梁的腹板的屈曲特性基本没有影响,轴力不大时也基本不影响连梁的腹板的屈曲特性。参数分析表明:腹板高厚比对连梁屈曲位移角的影响最为显著;腹板宽高比和横向加劲肋间距与腹板高度的比值对屈曲位移角的影响也十分明显,但腹板宽高比和横向加劲肋间距与腹板高度的比值超过2之后,其对屈曲位移角的影响变得很小;等效连梁长度系数和材料强化特性对屈曲位移角基本无影响。建立了腹板循环屈曲位移角的理论预测方法,试验和数值验证表明:该方法具有较高的可信性。     

脉动流作用下粘弹性直管动力学特性分析

在Hamilton体系中应用精细积分法分析脉动流作用下粘弹性管道的动力学响应特性。首先建立了Hamilton体系下输送振荡流粘弹性直管的辛对偶正则方程组,接着推导了求解非线性运动方程的线性插值精细积分法,最后分析了不同流速、不同激振频率下输流直管非线性动力学特性。数值计算结果表明该方法能快速高效求解输流管道运动方程,计算精度令人满意。     

脉动压力诱导注射时螺杆功率特性分析

为了探讨动态成型工艺参数对注射时螺杆功率消耗的影响规律,采用自行修正的Tanner本构方程研究了动态注射过程中螺杆功率消耗对振动力场的响应,建立了振动力场作用下注射过程螺杆功率消耗的理论模型.从理论上分析了动态注射过程中,螺杆上的功率消耗变化情况,并给出了解析解.研究表明,在施加轴向振动的情况下,螺杆上的功率消耗明显降低,并且随着振动强度的增强,降低的幅度增大.     

核主泵小流量工况压力脉动特性

为研究小流量工况下核主泵内部压力脉动的变化规律,基于雷诺时均N-S方程和标准k-ε两方程及SIMPLEC算法,应用CFX软件对核主泵小流量工况进行定常和非定常数值计算,得到泵内部流场和各工况监测点的压力脉动,并将时域信号进行快速傅里叶变换为频域信号。结果表明:核主泵内压力脉动明显,叶频在由压力脉动诱发的振动中起主导作用,主要表现为叶轮和导叶间的动静干涉。叶轮导叶流道内的回流造成了小流量工况叶轮和导叶流道及其周向的不稳定压力脉动,回流主要存在于叶轮和导叶进出口位置,因此该区域的压力波动剧烈且周期性差。核主泵的振动,不利于核电站的安全稳定运行,通过对小流量工况的压力脉动分析,对预测核主泵在极端工况下的动态特性和推进核主泵国产化具有十分重要的意义。     

一种折流板双螺杆构型挤出压力脉动响应

文中提出了一种带有折流板的双螺杆结构,旨在混炼过程中引入对称破缺机理并降低挤出过程的压力波动。为探索折流板双螺杆的挤出特性,自行研制了全程可视化的实验样机。以常温黏弹流体羧甲基纤维素钠(CMC-Na)为实验流体,测量了传统及折流板双螺杆流道机头处的压力响应。首次通过傅里叶变换方法分析了压力脉动的产生机理,探究了螺杆构型、转速及喂料量对压力脉动的影响。结果表明,在较低螺杆转速和喂料量条件下,全充满状态下挤出压力的脉动周期与螺杆转动的周期一致,压力波动幅度随着螺杆转速的增加而增加;压力随喂料量增加而增加,但波动随着喂料量的增加而减小;螺杆旋转1周,传统双螺杆压力呈现双峰曲线,而折流板双螺杆为单峰分布,且峰值更小。粒子图像测速(PIV)显示,折流板双螺杆内啮合区存在物料相互交汇现象,保持啮合的同时实现横向和纵向开放连通,因而导致了压力脉动幅度较小。