基于正交试验的微通道翼形流场特征分析

为抑制翼型的空化,提出了基于微通道技术的空化抑制方式,以NACA翼型为载体,并在其易发生空化区域设置局部微通道,利用正交试验的方法,设计了影响翼型空化的inlet 1来流速度、inlet 2微通道出口压力、微通道出口孔数与孔型等参数的混合水平正交试验,以数值仿真为手段寻求探究局部微通在不同因素及水平下各因素与水平对于低压区的抑制效果,通过极差分析得到各参数对空化影响的主次顺序和一组最优参数组合。研究表明:翼型来流速度是影响空化的最主要的因素,其次为微通道出口压力大小;采用多孔结构的微通道布局可以有效缩小低压区面积并抑制空化规模。综合对比发现,翼型来流速度15 m/s,微通道出口压力1.01×10^(5) Pa,采用单排方孔状的微通道出口结构的翼型为本文的最优方案。优化方案与原翼型相比空化面积减少90%以上,低压区面积减少一半,且流场与原始翼型的流场基本无变化。本试验结果对其他流体机械采用微通道抑制空化方法具有一定的参考价值。

局部微通道对NACA翼型空化的抑制

为了探索主动抑制空化方法,降低空化对近壁面空蚀,减少空化诱导的结构振动,在NACA0012翼型易发生空化区域设计了局部微通道,并对微通道尺寸的大小、位置对翼型空化的影响进行了研究。研究结论表明:含有局部微通道的翼型可以有效抑制空化的产生和发展,降低空化发生的规模;微通道的孔径与抑制空化的范围成正比,开孔会明显影响翼型开孔侧的压力分布。综合对比发现0.05c处采用直径为6 mm的微通道对空化的抑制效果最为显著,同时该翼型的湍动能与原翼型相比没有变化。这种抑制空化方法与策略,对其他类型流体机械的抑制空化具有很好的参考价值。

不同转速下离心泵压力脉动的试验研究

离心泵的压力脉动对泵的安全稳定运行有重要影响。为了揭示离心泵运行于不同转速下的压力脉动特性,以一台单叶片离心泵为试验研究对象,测量了泵在不同转速下的外特性曲线,并采用高频压力传感器测量了泵在不同转速时的压力脉动,获得了压力脉动的时域图、频域图,以及不同流量工况下的压力脉动强度分布曲线。外特性试验结果表明:不同转速下泵H-Q曲线基本平行,符合相似换算。试验结果表明:蜗壳内压力脉动从隔舌沿着泵转子旋转方向逐渐减弱,在额定流量工况附近压力脉动强度最小。频域分析表明:压力脉动主频为叶轮转频fn,但由于单叶片离心泵内存在较强的流动分离,在5 fn范围内也存在明显的宽频压力脉动信号。随着转速的降低,蜗壳内压力脉动强度明显降低,但并不完全符合相似换算;转速越高蜗壳-叶轮的势流干涉作用越强,压力脉动周期性越明显;在低转速小流量时尾迹干涉表现明显,压力脉动变得更复杂,周期性减弱。

不同出水口淹没深度的轴流泵性能及内部湍流特征

为了研究不同出水口淹没深度的轴流泵性能及内部湍流特征,以1600QZB-85轴流泵为研究对象,以CFX为平台,基于标准k-ε湍流模型,开展了0.8 n~1.2 n工况下的轴流泵出水口在不同淹没深度下的数值仿真研究。结果表明:叶轮转速一定,轴流泵的效率和扬程随着出水口淹没深度的增加呈现先增大后减小的特征;转轮区的湍动能损耗随着出水口淹没深度的增加,其湍动能损耗呈现小幅变化,呈现先减小后增大趋势,且湍动能损耗在叶轮区呈现非对称分布;在出水口淹没深度为5 m时,轴流泵内部流场最好,偏离最佳淹没深度越多,内部流场越紊乱。出水口淹没深度相同,在额定叶轮转速的工况下,轴流泵的效率最高。上述研究结果对于深入研究转轮区压力与内部湍流特征、提高轴流泵泵站运行效率等具有一定的意义。

单叶片离心泵水力诱导径向力的试验研究

单叶片离心泵的水力诱导径向力严重影响其运行稳定性。为探究单叶片离心泵水力诱导径向力的动态特性,以一台单叶片离心泵为试验对象,采用水力机械综合测试仪结合霍尔感应器,分别测量泵空转、抽水时径向力瞬态分布图,获得单叶片离心泵水力诱导径向力。试验结果表明,不同型式叶片其径向力变化趋势相似,空转时,分布图呈现近似圆形,径向力大小基本保持不变,但抽水时,水力诱导径向力分布变成畸变椭圆形,最大值与最小值之间相差约180°,当叶轮的流道出口靠近泵壳出水端,诱导径向力变小且紊乱,而当流道出口旋转至泵壳底端附近,诱导径向力值达到最大且逐渐稳定。随着流量增加,离心泵的水力诱导径向力进一步增大,在小流量工况,径向力变化较为剧烈,在额定工况及大流量工况,径向力基本保持稳定。