半高导叶对离心泵水力性能与压力脉动强度影响数值模拟研究

采用SSTk-ω湍流模型分析半高导叶叶高对离心泵水力性能与压力脉动强度的影响,研讨半高导叶对其性能的影响规律。结果表明,小流量工况时,导叶叶高对离心泵水力性能影响较小,随着流量增大,其影响越明显。随着流量增加,离心泵扬程与效率随着导叶叶高降低而增大,高效区变宽,并向大流量偏移。各流量工况下,导叶叶高对叶轮做功影响较小,而对导叶与蜗壳内总压损失影响较大,随着流量增加,导叶叶高降低明显减小导叶与蜗壳内总压损失。在各流量工况时,叶轮、导叶与蜗壳内压力脉动强度随着导叶叶高降低而逐渐降低。

单叶片离心泵压力脉动强度多工况对比研究

为了直观地得到压力脉动强度和位置特征,在求解非定常雷诺时均方程(URANS)数值计算的基础上,详细分析了单叶片离心泵内部压力脉动量的组成成分,并定义了考虑整个叶轮旋转周期内累积效应的压力脉动强度标准差算法来表征脉动源.通过与压力脉动测量结果的对比,验证了数值计算的可信性.对叶轮、蜗壳和前后泵腔流道内不同工况下的压力脉动强度和分布进行了对比分析,结果表明:不同运行流量对泵内周期性压力脉动的强度和位置有明显作用;总体上,流量越大,标准差脉动强度也相应越大;通过掌握压力脉动强度分布特性,能够为多工况运行的低压力脉动单叶片泵水力设计提供重要的理论依据.

时序效应对导叶式离心泵内部压力脉动影响的数值分析

为了研究时序效应对导叶式离心泵内部非定常压力脉动的影响,基于雷诺时均(Reynolds averaged Navier-Stokes,RANS)方程,在0.6Qd、1.62Qd两个非设计工况下,应用SST k-ω湍流模型对导叶在一个栅距内的5个不同时序位置下泵内部流动进行三维非定常数值计算,得到导叶和蜗壳流道内压力脉度强度分布随不同导叶时序位置的变化规律,结果表明,导叶时序效应对叶轮与导叶的动静干涉引起的压力脉动强度影响较明显;在导叶靠近进口的吸力面区域和导叶喉部区域存在着较大的压力脉动强度;压力脉动强度沿着导叶流道向下游传播并逐渐减弱;导叶时序效应对蜗壳平面的压力脉动强度影响非常明显,压力脉动强度呈现不规律分布;当在小流量0.6Qd工况时,当导叶时序位置为C3时,导叶内压力脉动强度最大值为0.44,而当导叶时序位置为C2和C4时,压力脉动强度最大值分别为0.24和0.22;当在大流量1.62Qd工况时,当时序位置为C2时,压力脉动强度最大值为0.87,而当时序位置为C1和C4时,压力脉动强度最大值为分别为0.72和0.77;在非设计工况下,蜗壳内的压力脉动强度相对导叶的压力脉强度较弱。C4时序位置能减小余热排出泵运行中的压力脉动强度,从而提高泵的稳定性,为导叶的安装位置提供参考。

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0.6 Q d、0.8 Q d、1.0 Q d和1.2 Q 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1.2 Q 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。

双吸双蜗壳离心泵隔舌处的压力脉动特性

为了研究双吸泵双蜗壳隔舌区的压力脉动特性,采用CFD方法对某一型号双吸双蜗壳离心泵进行不同工况下全流场非定常数值模拟,得到了泵内部流动特性及隔舌区监测点的压力脉动情况,并对其进行压力脉动强度分析和时域、频域分析.计算结果表明:压力脉动强度大的区域主要分布在叶轮出口与隔舌的交界面处,说明叶轮与隔舌的动静干涉作用将引起隔舌处较大的压力脉动;2个隔舌在额定流量下的脉动强度均小于偏离额定工况下的脉动强度,且随着流量的增大,隔舌A处压力脉动强度的分布逐渐变得对称;在额定工况下,2个隔舌区的压力脉动周期性明显,在隔舌A处中间平面上压力脉动频率以2倍轴频为主,两侧以1倍叶频为主;隔舌B处中间平面与其中一侧的压力脉动频率以2倍叶频为主,另一侧则以1倍叶频为主;在1.0Qd和1.2Qd工况下,隔舌A的中间平面上P0的压力脉动频率均以2倍叶频为主,小流量下则以1倍叶频为主,但其幅值变化并不明显,而隔舌B处中间平面上的压力脉动幅值受流量变化影响较大,0.8Qd倍和1.2Qd工况下压力脉动幅值明显增大.

重叠布置泄水建筑物坝面隔墙脉动压力特性研究

采用数值模拟的方法,利用大涡模型对重叠布置泄水建筑物泄流工况进行模拟计算,试验数据验证结果表明数值模拟方法合理可行。根据实测数据和计算结果,对坝面隔墙处脉动压力特性进行分析研究。通过对流场分布、频谱分析以及脉动压力强度系数等研究,分析得出脉动压力的脉动源以及脉动压力在隔墙上的分布规律。

脉动水力参数对裂隙内沉积颗粒运移规律的影响

为了提高脉动水力冲刷对阻塞裂隙场的疏通效果,研究了裂隙内脉动水流的流动特性,分析了脉动水力参数对裂隙内沉积颗粒运移质量的影响;研究了压力脉动强度系数与颗粒运移质量的相关关系。结果表明:脉动水力条件下,裂隙内流体流量和压差均呈脉动变化,水流平均流速小于恒定水流的流速,且其随压力脉动振幅的增大而显著降低,随压力脉动周期的增大而小幅增大;裂隙内颗粒运移质量随压力脉动振幅的变化符合线性增大的规律,随压力脉动周期的增大呈缓慢减小的变化规律;此外,压力脉动强度系数随压力脉动振幅的增大而增大,随压力脉动周期的增大而减小;进一步地,压力脉动强度系数的增大是导致脉动水力条件下裂隙内沉积颗粒运移质量显著提升的根本原因。

突扩突跌布置侧墙及底板脉动压力特征分析

为进一步研究突扩突跌体型的脉动压力和空蚀破坏，用三峡泄洪深孔突扩突跌掺气水工模型对侧墙和底板的水流脉动压力进行了详细量测，建立了压力脉动强度σ与壁面剪切应力的关系式。给出了侧墙和底板脉动压力强度系数K的表达式；侧墙冲击点处脉动压强偏离正态分布，底板脉压幅值是时均压力的35％～50％。通过时间积分比尺TE和空间积分比尺Lf的分析，发现侧墙冲击点处的TE值较大，相应的Lf值也较大，冲击点下游孔和Lf很快变小，其规律与频谱分析一致。水流冲击底板处，主频带窄，脉动压力强度大，时间积分比尺值和纵向积分长度比尺也较大。

桨扇后掠降噪规律及声学机理数值研究

结合三维流场数值模拟方法和声学Ffowcs Williams-Hawkings方程声类比方法,对对转桨扇流动及声学特征进行仿真分析,研究了桨叶后掠角对对转桨扇的气动性能和气动噪声的影响规律。结果表明:对转桨扇桨叶后掠角从0°增加至40°,高速巡航状态推进效率可提高接近1.5个百分点,起飞状态推进效率提升不大;桨扇噪声大小与后排桨叶吸力面压力脉动强度有直接关系,增大桨扇桨叶后掠角可明显降低压力脉动强度,从而降低起飞状态下对转桨扇整个角向范围内的噪声大小;在噪声最大的75°角向位置,后掠角从0°增至40°声压级降低达3 dB以上。

叶栅式反推力装置开启过程的三维非稳态数值模拟与分析

针对涵道比为8的涡扇发动机叶栅式反推力装置,计算分析了反推力装置运动部件在不同运动控制规律下的开启过程对外涵流场、风扇背压、阻流门受力等影响。结果表明:在反推力装置开启过程总时间一定时,随着阻流门开始旋转的时间点向后推移,风扇背压的脉动强度增大,而阻流门受到的气动载荷会减小,存在折中的阻流门开始旋转时间点,即移动外罩开启1/3后阻流门开始旋转;开启反推力装置总时间变化对风扇背压脉动强度和阻流门受力的影响较小;紧急停飞状态下开启反推力装置,风扇背压脉动强度最大值达到20%,超过允许值,而阻流门所受到的最大气动载荷达到4 500N,相当于正常开启反推力状态下的4倍以上。