水轮机内部涡流与尾水管压力脉动相关性分析

本文对三峡水轮机模型机组进行了全流道非定常湍流数值模拟,选择了2个活动导叶开度工况,分别计算不同流量下水轮机尾水管内的旋涡流动。计算结果能够明显显示尾水管涡带的形成和发展,及尾水管内各个记录面上的压力脉动和相应的旋涡转动周期有密切的关系;同时,还表示了旋涡沿流动方向的产生、发展和消失的过程,及其对于压力脉动的形成的影响作用。通过分析发现,形成涡带的旋涡运动是从上冠附近进入到尾水管的,类似于绕流体的脱体涡,说明对于上冠附近流场的研究有助于进一步探讨涡带运动形成机理和减小压力脉动措施。

海水液压泵气蚀初生特征的识别

基于低频压力脉动是气蚀初生的伴生现象，分析了气蚀初生与出口压力脉动的机理，并对海水液压泵进行了气蚀初生特性的试验研究，通过识别气蚀和内泄对出口压力脉动信号时域和频域３ 个特征量的影响，得到了泵的气蚀初生判别规则。

开孔结构风致内压脉动的频域法分析

提出了估算开孔结构风致内压脉动的频域分析方法,并实施了风洞试验进行验证。针对结构迎风面开孔的不利状况,根据伯努利方程导出内压响应动力微分方程,再采用能量法将非线性阻尼线性化,结合随机振动理论及迭代算法得到风致内压脉动量,通过数值算例分析了开孔结构内压频响特性及开孔率、开孔数量与开孔位置对风致内压脉动的影响。设计制作了迎风墙面具有不同开孔的刚性模型对结构内部进行风洞测压试验,试验结果与理论结果较为吻合。理论与试验研究结果均表明,对于结构单一开孔,空腔-孔口动力系统的频响特性及孔口外压谱决定了内压的脉动量,而多处开孔时各孔口风压的相关性也成为影响内压脉动的重要因素。

导管桨内流场及涡特性DES模拟

为研究导管桨内部流动及涡结构组成与分布特性,本文基于分离涡模拟(DES)方法对导管桨内流场及涡特性进行模拟,数值模拟为三维黏性、不可压缩的非稳态计算,采用滑移网格技术实现导管桨的敞水性能试验,应用体渲染方式展示内流场空间涡结构。导管桨水动力性能计算结果与模型试验吻合良好,数值模拟结果表明:导管内壁区域流动复杂,频域内导管壁面压力脉动在叶频及其倍数处出现连续峰值;分离涡模拟方法能有效模拟导管桨内流场中的剪切层涡、叶梢涡、叶片脱落涡和叶根涡等不同涡结构,导管的存在导致梢涡形态发生变化,涡量更大面积分布于导管内壁,有助于导管回收螺旋桨尾流涡能,以提高推进效率。

基于集中参数法内啮合齿轮泵AMESim模型的建模方法与仿真研究

通过集中参数的建模方法,在AMESim平台上搭建了内啮合齿轮泵的流量动态子模型和齿轮受到的径向液压力子模型,分析了泵的流量、压力脉动以及齿轮径向力特性。得出影响脉动的因素除了几何体积的变化外,还有油液的可压缩性、泵的内泄漏、过渡区流量回冲等因素,各个因素的综合作用导致了泵的流量脉动相比几何流量脉动有所升高。同时得出作用在齿轮上的液压径向力大小和方向都是周期性变化的,并且在不同压力等级下,主动齿轮上的合力方向随着压力的升高向顺时针方向偏转,而在内齿圈上,不同压力下的合力方向值曲线几乎都重合在一起。

超低比转数离心泵的内部流动及非定常特性

为全面地研究超低比转数离心泵的内部流动和非定常特性,以一台比转数ns=25的超低比转数离心泵为研究对象,对其进行三维非定常数值计算,并与试验结果进行对比,进而对内部流场、叶轮上的径向力和蜗壳各断面的压力脉动进行分析.研究结果表明:在不同流量工况下,叶轮流道内存在数量不等、大小不一的旋涡;靠近隔舌的2个相邻流道内,在叶轮出口边工作面的位置存在高流速区域,随着流量的增大,此处高流速区域逐渐消失;在大流量工况下,低速区面积逐渐减小,旋涡区的范围和数量逐渐减少,叶轮内相对速度分布逐渐变均匀;叶轮上的径向力大小和方向时刻变化,呈现六角星型分布,径向力脉动的主要激励频率均为叶频及其整数倍频;蜗壳各断面内压力脉动峰值随着断面变化逐渐增大,蜗壳各断面内压力脉动的主要激励频率均为叶频及其整数倍频,说明叶轮出口与蜗壳的耦合作用是蜗壳内压力脉动的主要影响因素.研究结果可为超低比转数离心泵的水力优化设计和合理运行区间的选择提供一定参考.

水泵水轮机内部压力脉动特性研究

为了研究水泵水轮机内部不同部位处的压力脉动特性,采用计算流体动力学软件对设计工况点下水泵水轮机三维全流道内部流动进行了非定常数值计算,同时监测了蜗壳隔舌附近、顶盖处、转轮与活动导叶之间以及尾水管锥管处的压力脉动。通过分析计算所得的压力脉动结果表明:机组顶盖区域压力脉动相对较为明显,水轮机工况下的脉动频率以2倍叶倍频为主,水泵工况时脉动频率以1倍的叶倍频为主;对于转轮与导叶间的无叶区域,水泵工况和水轮机工况脉动频率均为1倍叶倍频,且该处的监测点的压力脉动频率主要由于转轮与活动导叶之间的动静干涉产生;在转轮内水轮机工况时的压力脉动频率呈现多样性,水泵工况时则都以转频的倍数为主;尾水管直锥段的主频率在最优工况下等于1倍叶倍频,振动幅值较小。

混流式水泵水轮机驼峰区压力脉动特性

为了研究混流式水泵水轮机在驼峰区内部流动的压力脉动特性,以某抽水蓄能电站模型水泵水轮机为研究对象,对模型机组进行了全流道非定常数值计算.结合试验数据,分析了泵工况下驼峰区流道内不同位置处压力脉动特征和流态特征,讨论了流量变化对机组压力脉动特性的影响.结果表明:驼峰区工况下,蜗壳出口的压力脉动主要受到其内部流动特性的影响,同时受到上游双列叶栅作用的影响,在驼峰区极小值工况点处其压力时域变化周期性被扰动;导叶后转轮前的压力脉动主频为低频,第2主频为9倍转频和18倍转频,压力脉动幅值随着流量减小而增大;锥管内压力脉动都属于低频压力脉动,在驼峰区极小值工况点处,锥管上游压力脉动受下游转轮-尾水管动静干涉作用影响较大,出现了高频成分的压力脉动.

高压共轨喷油系统多次喷射喷油量的波动

针对高压共轨喷油系统在喷油过程中压力波动引起多次喷射稳定性下降的问题,根据系统多次喷射循环喷油量波动特性,建立了系统仿真模型,通过试验验证了模型的准确性。利用所建模型,分别对预-主喷射和主-后喷射中循环喷油量随喷油间隔的波动特性进行研究,分析表明:相同预喷不同主喷时,主喷油量波动幅值随喷射间隔增大而减小,波动周期不随主喷油量增加而变化且波动相位一致,在与整数倍压力波动周期时间差值接近的主喷油持续期内,预主喷射间隔对主喷波动量波动影响规律相似;相同主喷不同预喷时,主喷油量波动幅值随预喷油量增加而增大;相同主喷不同后喷时,随主后喷射间隔增大,后喷油量波动减小,波动周期相同,随后喷油量增加波动幅值变化较小;后喷相同主喷不同时,与整数倍压力波动周期的时间差值相同的主喷持续期,其喷射引起的后喷油量波动规律相似。

有压管道齿墩型内消能工水力特性试验研究

为使消能体型尽可能减小对过流能力的影响,在洞塞内消能研究的基础上提出了一种齿墩型内消能方式,并采用4种方案进行了试验研究。分析结果表明,面积收缩比和齿墩数量、尺寸是影响消能效果的主要因素;各方案的时均压强在进口处迅速递减,在距齿墩段进口1.0 D(D为管道直径)左右达到最小值,而后逐渐恢复,在距进口4.0 D处趋于平稳;脉动压强在距齿墩段进口1.5 D左右达到最大值,然后急剧衰减,在距进口6.0 D处逐渐平稳。在试验范围内,齿墩型内消能工的消能率最高可达75%,能大量消除管道内多余的能量,是一种有效的消能型式。

混流泵内压力脉动测量与分析

以比转速为336的某导叶式混流泵为例,沿流体流动方向在泵进口、叶轮出口、导叶出口、泵出口4个位置设置监测点,对比了0.6Q_d、0.8Q_d、Q_d、1.2Q_d、1.4Q_d(Q_d为设计流量)5种工况下的压力脉动情况。结果表明,泵进口和泵出口压力脉动幅值较低,导叶进口处脉动幅值最高,且小流量工况较大流量工况脉动剧烈,小流量工况下,泵内运行不稳定,出现回流、漩涡等,引起复杂、无规律的压力脉动;各工况下,泵进口处在叶频到7倍轴频范围内均出现了较为紊乱的脉动;与设计工况相比,非设计工况的脉动情况更为复杂。

新型膜流化床内镍/氧化铝催化剂颗粒流化特性的研究

在内径为53 mm,高800 mm的流化床冷模装置中安装两根垂直管束模拟透氢钯膜组件,研究膜流化床制氢装置的流动特性。以镍/氧化铝催化剂为实验颗粒,空气为流化介质,在0～0.14 m·s-1气速范围内考察了膜管对压力脉动、床层轴向密度分布等因素的影响。结果表明,流化床中加入膜管内构件后床层的压力脉动降低,床层密度增加,说明膜管内构件具有破碎和更新气泡、抑制气泡长大、提高气固两相传质效率的作用。以上的研究结果为工业流化床反应器的优化设计提供基础数据。

压缩机管道振动的控制标准

介绍了不同国家的压缩机管道气流脉动不均匀度的允许值,并讨论了由此引起的激振力的计算方法。最后给出了目前各国所制定的相关振动标准。

基于压力波动的内燃机典型工况过冷沸腾起始点的模拟

针对内燃机典型的冷却工况条件,利用Fluent软件,采用CLSVOF法进行了矩形通道内过冷流动沸腾起始点的数值模拟研究.通过对不同测点采集的压力波动信号进行频谱分析,提出一种利用功率谱密度判断冷却液是否沸腾的方法.计算结果表明:流体流速越小,壁面加热温度越大,沸腾起始时间越短,功率谱密度随之增加.从高流速、低壁面加热温度到低流速、高壁面加热温度的工况,沸腾起始点附近的压力信号波形经无峰型、扁平型、振荡型到尖峰型转变.同时,对横、纵向各测点的压力衰减分析表明,时域信号的压降与横、纵向位置呈线性变化关系.从频域角度来看,纵向的功率谱密度基本无差异,而横向的功率谱密度在加热面附近衰减明显.

波动内压作用下油气管道凹陷再圆分析

油气管道正常运行的实际工况中,管道工作内压存在波动。分析波动内压作用下油气管道凹陷的再圆过程对于保证管道凹陷安全性评价结果至关重要。鉴于此,利用ABAQUS有限元软件,分析了管道壁厚、压头几何形状、管道初始凹陷深度等对管道凹陷弹性回弹以及在不同波动内压载荷作用下管道凹陷再圆的影响,并借助MATLAB非线性拟合功能得到了无内压作用时,管道凹陷回弹系数计算经验公式和在波动内压作用下管道凹陷再圆系数的计算经验公式。研究结果表明:管道壁厚越大、凹陷深度越深、凹陷沿轴向区域增大时,管道凹陷的回弹系数随之增大,管道凹陷发生弹性回弹愈加困难;管道波动内压峰值压力越大,管道凹陷再圆越明显;当管道波动内压确定时,管道凹陷越深、凹陷轴向区域越大和管道壁厚越大时,在遭受管道波动内压的作用下,管道凹陷不容易发生周期性的再圆,从而具有较强的抗疲劳损伤与抗失效能力。所得结果可为油气管道凹陷的安全评估提供参考。

超声内检测换能器环境压力波动特性实验研究

为解决超声内检测器在线检测含缺陷油气管道时,作为耦合液的管输介质压力高且存在高频波动,对换能器工作性能存在不利影响的问题。搭建超声内检测模拟实验平台,测试超声内检测器模拟装置在线运行过程中管输压力的高频数据,结合内检测器工作性能参数,分析系统环境压力大小及变化速率的高频波动特性。通过调节控制阀和离心泵工作频率2种方式,实施不同管输压力、流量组合下的内检测实验,得到8组不同实验工况数据。研究结果表明:模拟器通过直管段、弯管段、倾斜段时压力变化范围存在显著差异,且波动幅度较大,本文实验中压力波动范围最大值约1.96 MPa;高频状态下,耦合液压力变化速率较大,高达18.54 MPa/ms。研究结果可为管道超声内检测声场有限元模拟分析提供建模初始数据参考。

深水测试管柱应力分布规律与动态响应分析

为了研究深水测试管柱在不同工况下的应力分布规律及内压波动对管柱动态响应参数的影响,根据深水测试管柱作业特点及结构,推导了测试管柱的轴向力、轴向应力、径向应力和环向应力计算公式,建立了海水段测试管柱的横向及纵向振动模型。根据不同工况,建立了测试管柱的有限元模型,进行了测试管柱最大应力及内压波动下的动力响应分析。研究结果表明:测试管柱各段的最大应力随水深的增加而减小、随悬挂力的增大而增大;由于泊松耦合的影响,最大应力与水深的变化率随着内外压差的增大而增大;初开井前,由于测试管柱的内加压和环空泄压,测试管柱出现最大应力,其值为255.7 MPa,但各工况下测试管柱的安全系数满足强度使用要求;内部压力波动周期对测试管柱的应力响应影响显著,低周期的内压波动使管柱应力过度增大,管柱易发生危险。研究结果可为深水测试管柱的强度研究提供一定的指导。

离心式喷嘴内部流动过程数值仿真分析

基于Coupled Level Set+VOF两相流计算方法,分别模拟了敞口型与收口型离心式喷嘴内部流动过程,可视化展示了喷嘴内部填充过程,分析了喷嘴内部的流动特性及其详细流场结构。捕捉到液膜表面波动和液膜表面内侧空气中的涡。结果表明:液膜表面波波谷内侧的空气中有涡存在,涡心连线处在轴向速度零速线上;喷嘴出口截面的轴向速度和切向速度具有明显的分区流动特征。液膜表面波的波谷-波峰和气体中的涡存在挤压与被挤压的相互作用,它们之间通过相界面变形传递这种气液间相互作用。另外,将外喷雾场的计算结果与实验结果对比,两者吻合较好,间接验证了内流场计算结果的准确性。

超高水头水泵水轮机水泵断电过程不稳定机理

超高水头抽水蓄能机组拥有更长输水管路系统,在经历过渡过程时机组内部压力脉动及流动演化更复杂,常出现水力不稳定性问题。本文基于一三维耦合方法及动网格技术,对超高水头抽水蓄能机组进行了水泵断电导叶关闭过程模拟。采用时频联合分析和内流场分析相结合的方法分析了机组的瞬态特性和高幅值压力脉动并阐明了其形成机理。研究表明,在超高水头抽水蓄能机组水泵断电过程除了存在由动静干涉造成的高频压力脉动外,还存在由固定导叶区域旋涡快速移动诱发的低频压力脉动和由转轮高压进口局部回流引发的低频压力脉动,以及由活动导叶区域液流碰撞造成的高幅值压力脉动。研究可为超高水头抽水蓄能机组水力设计和运行提供一定参考。

水泵水轮机飞逸工况下转轮内部流动分析研究

水泵水轮机在不同空载开度的飞逸状态运行时,往往会造成巨大的压力脉动,导致机组运行不稳定。为探究不同导叶开度的水泵水轮机在飞逸工况下流场特征与压力脉动的关系,以某电站的模型机为例,通过数值模拟方法开展了飞逸工况下转轮内部流动的数值分析。结果表明,压力脉动方面,与小开度工况(6 mm)相比,大开度工况(31 mm)转轮内的压力脉动幅值更为剧烈,无叶区压力脉动幅值最大,且具有0.65 f_(n)的脉动频率与其他低频脉动。流场方面,与小开度工况(6 mm)相比,大开度工况(31 mm)转轮内流场更为混乱。且受导叶开度的影响,转轮流道产生堵塞现象。可见当导叶开度越大,流动越不稳定,造成压力脉动随之增大。