变转速工况下汽车冷却水泵内外特性变化规律

以某汽车冷却水泵为研究对象,通过定常流场模拟和试验得到多转速工况下的外特性曲线,二者有较好的一致性:扬程随转速均匀变大,高效区增宽并向大流量区偏移。通过非定常流场模拟获得了不同转速下流道内流线、径向速度和压力脉动等分布特性,并对比分析了蜗壳和叶轮所受轴向力和径向力的变化趋势。结果表明:流体速度值、压力脉动幅值以及受力等随转速有较大变化,说明该泵长期远离高效区运行,存在较大的运行稳定性隐患和节能优化空间。     

大流量工况下离心泵非定常空化流动特性分析

为了研究在大流量工况下离心泵的空化现象,以及该工况下的空化与压力脉动关系,通过实验测试,在蜗壳内建立监测点进行数值分析,研究了大流量工况下,不同空化阶段离心泵的压力脉动情况,并且对离心泵的非定常空化流动特性进行了分析。首先,通过搭建离心泵闭式管路实验台,对离心泵外特性及不同程度空化情况进行了测试;然后,应用RNG k-ε湍流模型和全空化模型,对一台单级单吸悬臂式离心泵进行了数值计算,得到了空化流场和蜗壳上监测点P1～P5的压力脉动时域和频域特征;最后,基于数值计算结果,分别对叶轮内不同空化状态下,蒸汽体积分数、中间截面速度矢量分布以及监测点的压力脉动进行了分析。研究结果表明：随着空化的加剧,叶片吸力面的空泡区域不断扩大,对流道进口的堵塞作用逐渐增强,而蜗壳上各压力脉动监测点的主频也随之发生显著变化;因此,对泵蜗壳上压力脉动的监测和分析可为空化现象的判断提供参考。     

离心泵非定常空化流动特性的数值研究

采用压力边界条件对一单级单吸蜗壳离心泵进行了三维空化非定常相变流动的数值计算,模拟过程通过定常计算、基于滑移网格技术的非定常计算、以及结合混合项模型和Schneer-Sauer方程的空化演变计算,成功捕捉了泵内非定常空化流动特性。计算结果表明:设计工况叶轮前缘空化率在0.92%～1.12%范围内以叶片旋转频率做周期性变化;当叶片靠近蜗舌时空化加剧,而泵流量略有降低;当叶片远离蜗舌时空化减轻,流量有所增加。     

绕水翼空化非定常的动力特性

采用试验的方法研究绕水翼空化流动的非定常流体动力特性。试验在一闭式空化水洞针对一Clark-y型水翼进行。采用高速摄像技术观测不同空化阶段的空穴形态;应用自开发软件分析空穴形态随时间的变化;测量翼型所受的升阻力和升力方向的加速度;对上述的数据进行频谱分析。试验结果表明,绕水翼空化流动中,空穴形态及其对应的动力特性随时间的变化过程存在两种不同的模式。当4σ/2α6时,空穴平均相对长度为l/c0.7,由空穴形态和升力系数得到的功率谱峰值对应的斯特劳哈尔数大于0.3;当σ/2α4,空穴平均相对长度为0.7l/c1.0,绕水翼空化流动呈现明显的非定常性,翼型吸力面出现了大量空泡团周期性的脱落,升力系数功率谱峰值对应的斯特劳哈尔数在0.18左右,空泡团脱落频率不随空化数的变化而改变。     

旋转式换向阀非定常空化流动特性研究

针对旋转式换向阀空化现象会导致噪声及其性能恶化,进而影响液压激振系统的问题,对旋转式换向阀非定常空化流动特性进行了研究。利用SolidWorks软件建立了阀口的三维模型,利用前处理软件ICEM对几何模型进行了网格划分及边界条件的设置;借助Fluent软件中的Mixture气穴模型和RNG湍流模型,建立了流场数学模型,采用滑移网格技术对阀口空化流动进行了数值模拟;探究了不同开度下旋转式换向阀压力场、速度场以及气穴分布的变化趋势。研究结果表明:开度的大小会影响阀口的压力场和速度场的分布,阀芯沟槽极易出现漩涡,并且开度的变化会影响漩涡的大小;空化区域的分布也会随阀口开度的变化而变化;最大气体体积分数随入口压力和阀芯转速的增大而增大,随背压的增大而减小。     

节流阀小开度下空化特性的数值分析

基于计算流体动力学方法,数值研究了节流阀开度变化对节流阀内压力场、速度场及空化区域的影响。结果表明:随着开度的减小,下游槽(尤其是节流口处)流体的流速会迅速增大,空化区域逐步增大且空蚀程度逐渐加深,但当开度很小即节流阀阀口接近于闭合时,空化程度反而减弱,且空化区域向节流口移动。此外,阀内压力较大的区域位于上流道,压力较小的区域位于下流道,随着开度的减小,阀内的低压区逐步向阀口处转移。     

小开度节流阀流场特征及空化流动的数值分析

基于两相空化流动的控制方程和湍流模型,对节流阀在小开度下的流场特征及空化流动进行数值分析。结果表明:流体在流经节流口时,流速急剧增加,压力迅速降低至液体的饱和蒸汽压以下,形成空化。当节流阀出入口压差增大时,出口边界流速明显提高,出口两侧的流速差异更加明显,且在低速流一侧形成涡流。并且,出入口压力差的增加、阀门开度的减小会导致空化区域扩大,强度增加。研究成果可为节流阀的后续优化设计和操作提供理论依据。     

离心泵内流场空化特性的数值模拟研究

针对离心泵内流场特性分析困难的问题,对离心泵流场数值模拟的几何模型建立、模型网格划分和边界条件设定进行了研究,采用计算流体力学方法,获取了在敞水性能条件下离心泵的扬程-流量、效率-流量的变化关系;结合Zwart空化模型,重点对不同有效汽蚀余量时离心泵的空化流场进行了数值模拟,得到了离心泵的内部流线和空泡分布的情况,并与该离心泵机组进行了性能测试实验,最后在此基础之上进行了对比分析。研究结果表明,所采用的数值模拟方法和空化模型合理有效,此结果可为进一步开展离心泵空化监测技术研究提供借鉴。     

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。     

基于汽车发动机冷却水泵的探讨

冷却系统在一个正常运行的汽车中相当重要,且其对于进一步保证汽车发动机始终在正常状态下工作也有着相当重要的作用。冷却系统的作用主要表现在:第一,其可以散发热量,以进一步保证发动机出现过热现象;第二,其可以保持系统恒温,以减少在发动机内部因为组件磨损造成温度变化的问题。在冷却系统当中,冷却水泵一直作为最重要的配件之一,在系统的正常运行中其占据着举足轻重的作用。本文首先分析了影响汽车发动机的冷却水泵进一步发展的因素,接着探讨目前水泵的发展进度,并对其未来的发展趋势提出简单论述。     

轴流式水轮机全流道内非定常空化湍流的数值模拟

为了研究轴流式水轮机内部的空化流动,将Fluent 6．1商用软件中的一种完整空化模型和一种混合流体两相流模型相结合,对某水电站原型轴流式水轮机全流道内的非定常空化湍流进行了数值模拟。根据模拟结果,预测了水轮机在特定工况下运行时流道内空化发生的部位和程度,并对水轮机的能量性能进行了预估。数值预测的空化流动现象与模型水轮机空化试验中所观察到的现象基本一致,说明数值模拟结果可为轴流式水轮机的运行性能预测提供参考。     

调压阀流体空化特性仿真及影响因素分析

针对船用二级调压阀空化问题,建立流域瞬态仿真模型,结合Singhal空化模型和标准k-ε湍流模型对调压阀流体空化现象进行数值模拟,通过流场气体体积分数分析,得出了流体空化强度及分布形态的演变规律,通过流体速度场和压力场分析,阐明了空化演变过程调压阀流场特性,进而研究了开度、流量和背压对调压阀流体空化现象的影响规律.结果...     

高功率密度液力变矩器空化特性研究

高功率密度液力变矩器由于其内部流速高、局部压力低而易出现空化现象,导致其液力性能恶化。针对液力变矩器内空化现象进行试验及数值研究,通过对不同转速、不同速比及不同补偿油压力下液力变矩器性能测试,获得空化随工况及供油条件变化规律。构建基于Rayleigh-Plesset的全流道瞬态空化仿真模型对不同工况下液力变矩器内部两相空化流动进行预测,利用应力混合涡模拟湍流模型精确捕捉涡流状态,实现对有/无空化下液力变矩器内部流场及液力特性的计算。结果表明,液力变矩器在高泵轮转速、低速比及低补偿压力下容易发生空化,空化程度随着速比的下降而升高,在起动工况时达到最大。在空化工况下,液力变矩器导轮流道内产生大量空泡,空泡阻碍油液流动,导致循环流量降低,进而使液力变矩器传递功率的能力下降,起动工况下能容系数降低高达31%。全流道瞬态空化模型能够实现液力变矩器空化特性的精确预测,对变矩比、能容系数及效率的最大预测误差由无空化的30%降低至5%。     

791翼型非定常空化流动数值计算研究

采用DES湍流模型对791翼型在2°攻角及雷诺数为2.1×105的来流条件下,空化初生以及片状空化阶段三维非定常流动的结构进行了数值模拟,初步揭示了其流动特征。在空化初生阶段,空化初生的起始位置位于翼型最大厚度处,且展向外缘处的小空泡脱落呈周期性变化。片状空化空穴U型结构演变阶段,其空穴长度演变呈现出回缩-生长-回缩的明显特征。片状空化空泡脱落时,在指向翼型前缘发展的回射流和指向翼型展向中间截面的侧向射流相互耦合下,U型结构的两侧中部部分空泡开始脱离主体,向中间截面流动。U型结构两侧上的回射流是导致U型空穴回缩的主要原因。     

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。     

设计工况下离心压气机内部动静部件耦合非定常流动的数值模拟

以设计工况下离心压气机内部动静部件耦合的非定常流场为研究对象,采用ＰＩＳＯ算法求解了包含绝对速度与相对速度的、统一形式的运动方程组。计算结果与试验测量结果比较,说明计算结果是可靠的;计算结果同时说明,只有采用非定常算法,才有可能较好地描述动静部件耦合的流场。     

基于CFD的汽车水泵性能优化设计

在汽车水泵研发制造过程中,根据水泵的性能设计参数,利用CFD分析软件PumpLinx,对水泵产品的设计模型进行性能仿真分析,预测水泵在规定转速和流量下的扬程值和效率,并根据分析结果对水泵模型性能进行优化,根据优化的模型制造水泵实物样机,并对实物样机进行了相关试验,将仿真分析结果与实物样机试验结果进行对比,试验得到的水泵扬程值和效率与仿真分析结果基本吻合,表明这种应用CFD分析软件PumpLinx对水泵性能的设计及优化的方法可以有效指导汽车水泵的制研发造,具有很高的应用价值。     

预开导叶下水泵水轮机S特性及其压力脉动分析

可逆式水泵水轮机兼具了发电以及储能的特点既满足人们环保意识的需求也满足对功率的平衡与控制。但水泵水轮机在S特性区内运行会发生机组并网困难或者甩负荷过程中水压异常上升,使机组振动加剧。为探究预开启导叶的方法对水泵水轮机S特性的改善,对水泵水轮机模型分别在同步导叶和不同预开启导叶条件下进行能量试验及全流道内流场的(Computational fluid dynamics,CFD)数值计算;通过试验数据与计算结果的对比分析预开导叶后水泵水轮机S特性及其压力脉动特征。CFD计算结果及模型试验数据表明,预开导叶的方法能有效解决水泵水轮机S特性问题,但是预开导叶后,飞逸工况下的单位流量变大,造成转轮内的流动轴对称特性较差,导致机组的脉动加大,尾水管压力脉动幅值较大,运行稳定性较差,所以通过预开导叶的方法来改善S特性仍然存在弊端。