降速方式对混流泵压力脉动特性的影响

混流泵在降速过程中的内部流动特性变化对其性能和稳定性有重要影响。针对这一问题,该研究探究了混流泵在降速过程中内部流动的复杂性,尤其关注不同降速方式对泵内压力脉动特性的影响。通过构建多通道测试系统,收集了混流泵在不同降速方式下的外特性参数信号和泵内压力脉动信号。并采用非稳态信号处理技术,从时域、频域和时频三方面探究不同降速方式对叶轮出口和导叶内部的压力脉动特性的影响以及二者之间的相关性。结果表明,泵内压力脉动的峰值和样本熵的变化趋势与不同降速方式的幂指数呈正相关关系;在整个降速过程中叶轮出口压力脉动对导叶内压力脉动起主导作用;叶轮出口和导叶内部压力脉动之间的相干频率主要集中于80~120 Hz之间;在不同降速过程中叶轮出口和导叶内部的压力脉动之间强相关区域的频带范围保持不变,但是强相关区域在整个降速过程频带范围中的占比有所变化;对于具有固定初始转速和目标转速的降速过程,降速方式的改变不会影响叶轮出口和导叶内压力脉动的相干频率。研究结论可为揭示混流泵瞬态运行特性及提高混流泵降速运行中的稳定性提供参考。

水泵水轮机尾水管压力脉动特性及涡带特性分析

抽蓄电站是电网的重要组成部分,水泵水轮机长时间偏离最优工况运行会导致水力不稳定问题,其中,尾水管涡带和压力脉动问题备受关注,严重影响机组安全稳定运行。以水泵水轮机为研究对象,分析了其尾水管内流特性与压力脉动时频特性。对比了两种第二代和两种第三代涡识别方法对尾水管涡带演化过程的可视化效果,Omega-Liutex涡识别方法对阈值依赖性小且对涡带形态的识别更清晰完备,因此,采用Omega-Liutex涡识别方法研究了不同负荷工况下尾水管涡带的瞬态变化特性。研究结果可以为水泵水轮机稳定运行提供一定的理论参考。

多翼离心风机旋转失速阶段压力脉动分析

为了研究多翼离心风机在旋转失速阶段的压力脉动特性,以多翼离心风机为研究对象,利用Creo软件对其进行三维建模,并对模型进行网格划分,进行非定常数值计算.在叶轮出口不同周向、径向以及轴向位置设置监测点,分析旋转失速工况下风机内部压力脉动规律,计算结果表明:隔舌处监测点的压力系数最大,且随着流量的减小,压力脉动剧烈程度增大;叶轮出口受叶轮与蜗壳之间动静干涉影响,压力系数幅值最大,往蜗壳壁面径向移动,压力脉动程度减弱;压力脉动规律受轴向位置变化影响较小,旋转失速程度的变化会引起压力脉动的变化,旋转失速越强,压力脉动越剧烈,低频脉动范围越广,失速频率幅值越高.

导叶几何参数对液力透平压力脉动的影响

为提高导叶式液力透平的运行稳定性,研究导叶几何参数对液力透平压力脉动的影响。在IS80-50-315型低比转速离心泵反转作液力透平叶轮进口前添加径向导叶,对导叶出口角、叶片数和径向高度采用正交试验设计的方法匹配相同叶轮形成新的液力透平模型,利用CFX软件在蜗壳内、导叶与叶轮间隙和叶轮上沿周向设置监测点进行定常和非定常数值计算,对定常计算结果进行极差分析,得出导叶几何参数对液力透平性能影响的主次因素,形成最优方案组合,并对非定常数值计算压力脉动结果进行时域和频域分析。结果表明:径向导叶几何参数组合对水力效率和水头的影响均为叶片数>径向高度>出口角;导叶式液力透平的压力系数在导叶与叶轮间隙上最大,其次在叶轮上,蜗壳内部压力系数最小;当叶轮叶片数相同时,径向导叶出口角和径向高度的值在合理范围内选取较小值时,有利于降低导叶式液力透平的压力脉动幅值和提高运行稳定性。

空化诱导的离心泵叶轮区流动特性与压力脉动分析

空化是一种复杂的多相流现象,空化发展中液体和蒸汽之间瞬态相变的产生,导致多尺度旋涡运动。瞬态空化动力学与空化涡结构的演化密切相关。采用对比结合Q准则、Omega判别法两种涡识别方法,探究设计流量Qd为0.321 m3/s下不同空化程度时离心泵叶轮区的空泡、涡旋特性及其对压力脉动的影响。基于Schnerr-Sauer空化模型对立式单级单吸蜗壳式离心泵在空化初始阶段、空化发展阶段、空化状态转变阶段、空化恶化阶段4个不同空化程度时的全流道流场进行数值模拟分析。结果表明,空化情况下叶轮区域流动复杂,空泡形态与旋涡的生成变化相互影响,二者共同影响叶轮域内压力脉动的变化。Omega方法能够精准捕捉到叶轮进口的回流涡、叶轮流道内通道涡和叶轮尾缘处的尾迹涡;空化初期,受通道内大面积通道涡及蜗壳隔舌动静干涉的影响,出现各叶片上空泡大小不同的情况;空化严重时受空泡脱落影响出现气液混合的高速涡团,导致低频压力脉动信号增加,空泡移动至高压区溃灭释放的能量导致出口压力脉动显著升高。

叶轮与导叶宽度匹配参数对LNG泵压力脉动特性的影响研究

应用CFD技术研究了叶轮和导叶宽度匹配设计对LNG潜液泵压力脉动特性影响,进行了宽度匹配设计,采用K-epsilon湍流模型进行了多工况数值模拟,引入无量纲参数R(导叶进口宽度/叶轮出口宽度)进行结果分析,分析验证了泵的外特性,得到了LNG泵的时、频域压力脉动特性等。结果表明:压力脉动主频为叶轮的叶频,次频为其倍频。时域峰值与监测点处的相对位置有关,相对于交界面越近,时域峰值越大。压力脉动幅值随R增加先减小后增大,存在最佳宽度匹配方案使得泵压力脉动峰值降低。

分流叶片对液力透平压力脉动的影响

为揭示分流叶片对低比转速液力透平性能的影响,以一台低比转速离心泵(n_(s)=33)反转作液力透平为例,设计出4种不同分流叶片数的叶轮(复合叶轮),通过CFX软件对原始叶轮和4种复合叶轮进行数值模拟并对比分析。结果表明,4种新模型在最优工况下效率和水头均有所提高,其中当分流叶片数Z=6+6时液力透平的性能最佳,在最优工况下效率、水头分别提高了2.23%、6.83%;叶轮内压力分布更加均匀;叶轮进口漩涡区域减弱;内部各个监测点压力系数、脉动幅值均小于原始模型,说明分流叶片可以降低液力透平内部的压力脉动、提升透平机组运行的稳定性。研究结果可为低比转速液力透平性能提升提供参考。

基于曲率控制前缘的离心泵压力脉动及水力性能分析

蜗壳式离心泵作为流体输送的核心设备,压力脉动及水利性能对泵的稳定性、噪声、寿命等有重大影响。结合曲率控制前缘的设计方法,按增长率1.19%、0.47%、0.32%设计,建立前缘轴长比为0.96、2.11、3.11、4.11的蜗壳式离心泵,以SSTκ-ω模型定常计算结果为初始条件,进行κ-εRNG模型非定常分析,通过频域图分析蜗壳式离心泵压力脉动,并通过矢量云图分析水力性能。结果表明:设计的模型最佳流量为35 m 3/h,设计效率与模拟效率误差仅为2%;前缘轴长比不同,流道内压力扩散有差异;前缘轴长比为3.11时出口压力脉动偏低,低频区更易产生压力脉动;前缘轴长比为0.96时,压力脉动范围偏小,适用于一定流量范围内扬程变化较大的工况。

航空过滤器压力脉动衰减抑制机理分析

应急放能源系统是飞机液压系统失效时用于飞机起落架收放的应急动力单元,但该系统存在压力脉动大导致系统不稳定等问题,严重影响飞机的运行安全。利用航空过滤器内部腔体形成压力脉动衰减器对脉动进行抑制。采用压力波声学传播理论及Comsol Multiphysics进行了有限元建模及仿真,得到过滤器腔体直径、腔体长度、入口直径、出口直径为影响过滤器传递损失的关键参数。通过实验测试,过滤器后压力脉动幅值由20.9±0.44 MPa衰减至20.9±0.15 MPa,衰减效果良好,增大腔体直径后脉动抑制效果进一步增强,与仿真结果一致。验证了过滤器压力脉动建模仿真方法的正确性,也为小流量液压系统过滤器设计提供了新的思路。

基于FCM和EO-SVM水轮机尾水管压力脉动特征识别

为有效识别水轮机尾水管压力脉动特征,提出了一种基于模糊C均值聚类、平衡优化器算法与支持向量机的识别方法。该方法首先采用平衡优化器算法优化SVM的惩罚因子和核函数以获得更好的SVM参数组合,构建EO-SVM识别模型以实现其在水轮机尾水管压力脉动特征识别中的应用。然后采用模糊C均值聚类算法将待分类的压力脉动特征进行初始聚类,将其分为四类,并依据聚类结果选择最靠近每类中心的样本作为EO-SVM模型的训练样本。将SVM和EO-SVM两种模型的识别分类结果进行比较,验证了所提EO-SVM模型的有效性。

叶片背面改型对轴流风机性能和压力脉动特性的影响

以小型轴流风机为研究对象,设计了光滑、凸槽、凹槽3种不同叶片背面形式的风机模型,并采用SST k-ω湍流模型研究其定常性能和非定常压力脉动特性。研究结果表明,3种轴流风机模型的全压-流量特性曲线基本一致,差别不明显,即叶片背面增加凸槽或者开槽对轴流风机的外特性影响较小。此外,叶轮和导叶各个监测点处的压力脉动规律一致,其脉动主频均位于叶频及其倍频处,脉动幅值随着倍频增加而减小。模型model 1由于凸槽叶型对流体的调制作用,叶轮流域内流体分布更加均匀,其压力脉动强度最低,而模型protype 0和model 2的叶片调制作用较弱,其内部流体脉动较为强烈,压力脉动的幅值也较高。综合轴流风机效率和噪声指标,模型model 1不仅能保证风机的全压性能,还能实现较小的脉动,其综合性能最佳。

不同频率下缓冲罐体积对有阀线性压缩机管系压力脉动的实验研究

有阀线性压缩机是液氦温区Joule-Thomson(J-T)节流制冷机重要部件,而管系压力脉动会造成制冷机出现温度与制冷量波动,从而影响制冷机温度稳定性。针对有阀线性压缩机管系压力脉动问题,以有线性阻尼的平面波动理论为基础,采用传递矩阵法构造了有阀线性压缩机管路缓冲罐压力脉动传递模型,获得有阀线性压缩机脉动质量流量的量化表达。搭建了有阀线性压缩机管系压力脉动测试平台,讨论了压缩机运行频率与进排气缓冲罐体积对压力脉动的影响。研究结果表明:管系压力脉动与压缩机运行频率有关,随着压缩机运行频率增大,管系压力脉动增大。进排气缓冲罐均可有效抑制压力脉动,但两者的压力脉动抑制能力相互独立,且缓冲罐体积越大,压力脉动抑制效果越好。随着缓冲罐体积的增加,进气缓冲罐进口处压力不均匀度减小到164/423,排气缓冲罐出口处压力不均度减小到8/23。

紊流润滑滑动轴承壁面压力脉动效应研究

壁面压力脉动是紊流润滑滑动轴承随机振动的主要激励源之一,建立紊流激励特性和轴承结构动力学响应之间的关联,对高转速、低黏度润滑滑动轴承的状态监测和故障诊断具有重要意义。为研究紊流润滑滑动轴承的壁面压力脉动效应,考虑流体油膜中存在逆压力梯度的影响,选用Rozenberg模型和广义Corcos模型表征壁面压力脉动的自功率谱和互功率谱,采用波数域模态叠加法求解滑动轴承紊流壁面压力脉动模型,分析滑动轴承在不同工况参数下壁面压力脉动的激励特性以及结构的响应特性。结果表明:低波数区域紊流脉动压力是轴承结构高频随机振动的主要因素;随着润滑油黏度的降低,高频范围内的轴承模态响应幅值增大,共振峰值附近产生较宽的频带和较高的振幅;随着轴颈转速和径向载荷的升高,紊流压力梯度增大,高频范围内的轴承模态响应幅值也随之增大。

带分流叶片水泵水轮机甩负荷过渡过程中的压力脉动特征

为减轻水泵水轮机过渡过程中剧烈压力脉动对抽水蓄能电站安全产生的不利影响,需充分认识水泵水轮机的压力脉动特征。本文对某带分流叶片水泵水轮机甩负荷过渡过程中的实测压力脉动数据开展深入研究。首先从压力脉动的频域特性出发,提出了一种基于变分模态分解的时均压力和脉动压力提取方法。然后采用傅里叶变换和短时傅里叶变换分析水泵水轮机稳定运行和甩负荷过程中蜗壳进口、无叶区、顶盖和尾水锥管进口的脉动压力,揭示了带分流叶片水泵水轮机在稳定运行和甩负荷过渡过程中压力脉动的频率组成和时频变化特性的普遍规律。研究表明,带分流叶片水泵水轮机无叶区压力脉动的主频由叶片通过频率及其半次谐波共同主导,且叶片通过频率的半次谐波具有向上下游传播的特点。尾水锥管进口压力脉动频率主要由低频成分及叶片通过频率的半次谐波构成。甩负荷过渡过程中,无叶区叶片通过频率及其谐波的频率会随着时间的变化出现增大和减小现象,且变化规律与转轮转速的变化趋势一致。本文所提出的方法为压力脉动实测数据分析提供了一种新手段,为带分流叶片水泵水轮机压力脉动的特征研究提供了参考与借鉴,对结构异常振动溯源和保障机组安全运行具有重要意义。

基于时均流场的湍流边界层内壁面压力脉动功率谱计算方法研究

针对湍流边界层内壁面压力脉动功率谱的计算问题,该文结合Grasso修订的TNO-Blake解析模型、RANS(Reynolds average Navier-Stokes)时均流场解,发展一种脉动压力计算方法,近壁面附近采用RANS数值解,对于壁面附近湍流各向异性特性,流向和横向异性模型参数采用Stalnov推荐数值,法向异性模型参数采用试验参数,对某平板上一点处的压力脉动功率谱进行了计算,分析了湍流能谱模型、迁移速度等影响,并与Goody模型结果进行对比。研究表明,该文计算方法合理可行,能快速获取壁面压力脉动功率谱,可为工程装备设计的振动噪声分析提供输入。

柱塞泵马达高压油路压力脉动耦合特性

柱塞泵马达系统高压油路存在固有的压力脉动现象,其激发振动和噪音,恶化动力传递的平稳性,严重影响系统的可靠性和寿命。以往的研究主要聚焦于高压柱塞泵的压力脉动,而对柱塞泵马达系统高压油路的压力脉动耦合特性缺少研究。针对以上问题,通过揭示柱塞泵马达系统高压油路压力脉动的耦合机理及耦合特征,提出柱塞泵马达系统高压油路压力脉动解耦新方法。利用解耦新方法研究发现,泵源激励是贡献柱塞泵马达系统高压油路压力脉动的主要根源。对于所研究的联体设计的泵马达,在泵满排量状态下,泵源激励对高压脉动的平均贡献占比高达72%,而马达贡献占比仅为28%。新方法及所得到的新结论加深了对柱塞泵马达系统高压油路压力脉动耦合特性的认识,为进一步抑制和利用柱塞泵马达系统高压油路的压力脉动现象提供了理论支撑。

后置定子泵喷推进器压力脉动特性分析

基于改进的延迟分离涡模型对后置定子泵喷推进器瞬态流场进行数值模拟,所得推力计算值与试验值最大误差为4.68%,验证数值模拟的可靠性。分析泵喷推进器近流场压力脉动时频域特性,研究多工况下后置定子表面压力系数、声压脉动时均值的分布规律。结果表明,泵喷推进器内压力脉动主要受转子影响,脉动周期与转子旋转周期一致,频域峰值出现在低频段且均为转子叶片通过频率的整数倍;后置定子平衡转子扭矩的做功区集中在定子前缘,并沿弦向贡献逐渐降低,尾缘约1.8%定子弦长位置对平衡扭矩近乎无贡献;前缘是定子噪声的主要贡献源,在高进速系数下,尾缘表现为定子噪声的次要贡献源,随着进速系数的降低,尾缘对定子噪声贡献逐渐降低。

转速对水泵水轮机泵工况压力脉动影响研究

可变速水泵水轮机作为抽水蓄能机组的核心元件,能够实现电能与水能的高效转换和灵活调节,但其内部流态演变较为复杂,压力脉动作为被影响因素之一,关乎水泵水轮机的安全稳定运行,至今,转速与水泵水轮机泵工况压力脉动特性关联情况的研究仍不清晰。因此,为探究转速对水泵水轮机泵工况压力脉动的影响,本文采用试验测量的方法,以某抽水蓄能水电站机组为模型,在导叶开度为19mm时,选取600r/min、800r/min、1000r/min三个转速的不同流量工况点进行研究,利用模型试验提取监测点压力脉动信号,之后通过时频分析揭示转速对水泵水轮机泵工况压力脉动的影响。研究结果表明:在变速调节过程中,压力脉动主要受动静干涉及水力激振的影响。在19mm开度下,随着转速的增加,压力脉动的最大幅值逐渐升高,其中导叶与转轮之间以及活动导叶之间的变化最为显著,但其压力脉动最大幅值频率则随着转速的增加呈先减小后增大的趋势变化。本研究结果为理解转速对压力脉动的影响机制,提高设备运行稳定性提供了指导。

大型立式离心泵压力脉动特性研究

大型立式离心泵目前广泛应用于大型水利工程。水泵在运行时所产生的压力脉动可能导致机组产生振动进而影响机组性能。本研究采用数值模拟方法,基于尺度自适应SAS模型,对泵的三维流体域进行了详细的网格划分和边界条件设定,通过网格无关性验证和试验验证,证明了数值模拟方法的可靠性。研究结果表明,吸水室压力脉动的主频幅值随流量增加呈减小趋势,小流量工况下出现了低频脉动。叶轮的压力脉动主要受到两倍转频的影响,而压水室的压力脉动则以叶片通过频率为主。特别是在小流量工况下,压水室的压力脉动幅值显著增大,这一现象与流体动力学特性及蜗道结构特征密切相关。此外,压水室中隔板的存在对压力脉动的传递起到了一定的阻挡作用,但在特定位置如隔舌附近,压力脉动幅值仍然较大。本研究对于理解立式离心泵压力脉动特性及其影响因素具有一定的指导作用。

双螺杆制冷压缩机排气压力脉动特性的实验研究

为研究一台冷水机组用双螺杆制冷压缩机的压力脉动特性,本文测录了压缩机压缩及排气过程的瞬态压力变化,解析其压力脉动频域特性,研究了运行转速和冷凝温度对压力脉动特性的影响,对比了压缩机采用变频与变滑阀两种容量调节方式在相同制冷量下的压力脉动、噪声和热力性能。研究结果表明:压缩腔压力脉动来源于转子工作容积内压力周期性升高,并受齿间多通道泄漏过程的影响;排气腔压力脉动来源于工作容积与排气腔的周期性连通与脱开,受排气压力及气体质量流量等因素影响。随着转速的升高,排气腔压力脉动从转速为1380 r/min时的58.6 kPa升至4200 r/min时的141.0 kPa。随着冷凝温度的升高,压力脉动幅值从34℃时的132.0 kPa升至57℃时的314.0 kPa。在相同制冷量下与容调滑阀相比,双螺杆制冷压缩机采用变频的容量调节方式在压力脉动、噪声和热力性能方面均具有显著优势,压力脉动降低54.6%以上,噪声值下降2.9 dB(A)以上,COP提升5.5%以上。