对转喷水推进器前后叶轮能量配比对其性能影响的数值研究

面向新型舰船高效推进系统的研制需求,将对转叶轮形式与喷水推进技术相结合,以更高能量密度的能量转化模型代替传统模式。该文采用计算流体力学的数值模拟方法,对基本参数相似、前后叶轮能量配比不同的2种推进方案开展了定常内流场分析与非定常叶轮干涉特性研究,结果表明:2种能量配比的对转喷水推进器推进效率基本相同,适应航速范围广、高效区宽;前叶轮起到了整流作用,降低了进口流道流场不均匀性对后叶轮的影响;增加后转子负载,减小前叶轮负载的能量配比方式有利于对转喷水推进器非定常性能的提升,推进器叶轮激振力与压力脉动幅值下降明显。

气举用脉冲进气自激振荡空气喷嘴数值模拟与试验研究

气举(气力泵)广泛应用在海洋采矿、钻孔水力开采、深水清淤等场合,越来越引起用户的重视。国内外学者对提升气举效率做了不少探索性研究,提出了脉冲进气是有效提升气举效率的途径之一,据此,提出一种亥姆霍兹式空气喷嘴,通过此喷嘴产生脉冲射流作为气举的进气方式,达到改善气举性能的目的。依据波涡理论,分析了自激振荡脉冲射流的产生机理;运用Fluent软件,对自激振荡空气喷嘴内流场进行了数值模拟,基于仿真结果进行试验研究。研究表明:结构参数和运行参数对射流特性影响显著。在入口压力为3 bar(1 bar=1×10^(5)Pa),腔长L=64 mm,频率为8 Hz情况下,压力脉动波动差值和幅值最大,产生的空气脉冲射流最显著;幅值随腔长的增大先上升后下降。数值模拟与试验结果一致。研究成果可为空气脉冲射流与气举一体化的工程应用提供参考,具有较高的工程应用价值。

直线共轭内啮合齿轮泵集中参数法建模与激振源研究

直线共轭内啮合齿轮泵作为高效且静谧性能良好的动力元件,在电静压作动系统得到广泛应用。本文采用集中参数法建立直线共轭内啮合齿轮泵仿真模型。建立了实验平台,对直线共轭内啮合齿轮泵进出口压力脉动进行了测试。分析了直线共轭内啮合齿轮泵在吸排油区的压力脉动、齿腔内压力分布以及齿轮和齿圈在x轴和y轴方向的径向力等激振源。研究结果表明:所建立的直线共轭内啮合齿轮泵集中参数模型具有良好的精度和可靠性;齿轮和齿圈径向力随偏转角周期变化,在x轴方向,齿轮所受到的径向力指向低压区,齿圈受到的径向力指向高压区。在y轴方向,齿轮和齿圈所受到的径向力在正负之间波动。齿轮和齿圈所受径向力在x轴方向的基频幅值均小于其在y轴方向的基频幅值;困油现象会导致齿腔压力略微升高。研究结果为直线共轭内啮合齿轮泵的优化设计和振动噪声分析提供了参考。

离心泵内空化流动诱导非定常激励特性

空化流动诱导的非定常激励是引起泵振动噪声的主要因素之一,为研究其特性,运用完整空化模型和混合流体两相流模型,对比转数为86的离心泵流道内部的空化流动进行非定常数值计算。结果表明,空化的初生位于叶片背面进口边附近,随着进口压力的下降,空泡不断向叶轮出口方向扩散,当空化现象严重时,流道内会出现低速漩涡区;流场中压力脉动频率存在明显离散特性,叶片通过频率下的脉动幅值较大;流场内压力脉动强度大小会随着空化发展程度的强弱相应发生改变,空化越严重,压力脉动越强烈,且叶轮所受径向力合力大小及监测时间内始末两时刻瞬时径向力差异也越大,同时非定常径向力波动幅度也较大;空化的发展还会导致轴向力的大幅增加,对泵运行的稳定性及泵轴的安全性造成影响。

输流管道压力脉动计算分析

综合考虑流体的阻尼和压力脉动效应,建立了管内流体振动的波动方程;并采用驻波法对方程进行求解,得到了3种不同边界条件下压力脉动和液柱共振频率的表达式。推导了脉动压力在弯管处产生的激振力,并用Matlab数学软件绘出弯管处激振力变化的曲线图;通过弯管处的激振力分析,揭示了压力脉动引起管路系统振动的机理。

自激波动注水机理实验研究

介绍了自激振动源喷嘴的工作原理 ,对围压条件下振动源喷嘴射流压力脉动特性和频率特性进行了实验讨论 ,实验研究了自激振动源喷嘴射流压力波动沿径向和轴向的传播规律 ,论述了自激波动注水的基本原理、注水器设计和现场实验结果。自振空化射流可用于自激波动注水的波动源 ,射流压力振动波沿径向传播距离达 10 0cm以上 ,沿轴向传播距离达 6 0 0cm以上。自激波动注水对因后期堵塞造成的地层吸水性变差具有明显的改善效果 :平均注水压力下降 2 1MPa ,平均单层日注水量增加 2 9m3 。

基于PANDA平台的飞行器脉动压力激励随机振动响应分析

目的形成自主再入飞行数值模拟预测技术。方法采用模态叠加法开展自由结构的多点脉动压力激励随机振动响应分析,基于PANDA高性能力学分析平台进行并行实现研究,构建相应的求解模块。针对飞行器再入过程,基于自主研发的软件模块,分析飞行器自由状态的模态特性及其在实测脉动压力载荷下的振动响应,并与商业软件分析结果进行比对。结果模态振型的误差小于0.2%,位移均方根响应云纹分布一致,最大值和最小值的误差分别为1.93%和6.14%。结论验证了相关功能的正确性,证明PANDA平台可以用于实际工程的结构分析中。

背压脉动作用下旋转冲压转子进气道流场激励特性

为了获取外界激励作用下旋转冲压转子进气道流场激励特性及性能的变化规律,对旋转冲压转子进气道背压脉动时压缩进气道的内部流场进行了数值仿真,分析了背压脉动时不同脉动频率、不同脉动幅值条件下旋转冲压转子进气道流场的激励特性及性能变化。研究结果表明,背压脉动对旋转冲压转子进气道流场的激励特性及性能具有显著的影响。旋转冲压转子进气道流场激励的非线性特征随着背压脉动频率的增加而增强,却随着背压脉动幅值的增加而减弱。旋转冲压转子进气道性能的稳定性随着背压脉动频率和幅值的减小而增强。

自激式涡流控制水力振荡器研制与应用

自激式涡流控制水力振荡器具有无易损件、制造成本低和压降小的优点,可减小钻进过程中的摩阻,降低压差卡钻的可能性,改善钻压传递效果,提高机械钻速。为了解决大位移井、长水平段水平井钻井过程中的高摩阻问题,研制了自激式涡流控制水力振荡器。该振荡器由稳态射流元件和涡流可变液阻区2部分组成,主要利用射流的附壁效应和特定的流道形式产生周期性涡流,以产生轴向振荡。采用二维平面模型,基于计算流体动力学方法,采用数值模拟方法,分析了自激式涡流控制水力振荡器内部的流动状态和其性能参数与入口流量的关系。数值模拟结果表明,自激式涡流控制水力振荡器的主要性能参数压力脉动幅值与入口流量呈平方关系,压力脉动频率与入口流量呈线性关系。现场应用表明,自激式涡流控制水力振荡器不仅能显著提高机械钻速,而且不会对随钻测量工具产生影响,具有结构简单、功能可靠和工作特性优良的特点。

尺度效应下均压槽结构对空气静压轴承自激振动的影响

空气静压轴承表面的均压槽结构能有效提高轴承的承载特性,但气膜内由于湍动能变化引发流场振动,形成非线性的自激涡振,影响系统的动态稳定性。为了提高空气轴承的稳定性,基于静压气体润滑理论和稀薄气体动力学基本原理,建立空气静压轴承的气膜流场数学模型;通过数值模拟和实验测试相结合,分析了直槽、环槽、复合均压槽在不同均压槽截面形状时对轴承气膜流场和气旋涡量的影响;通过时域和频域实验,明确了不同供气压力和气膜厚度下,均压槽结构对空气静压轴承自激微振动的影响规律。研究表明:均压槽结构能有效提高空气轴承的动态稳定性;环槽能有效串通弧槽和直槽之间的压力脉动,添加环槽结构后轴承微振动幅值降低37.5%;三角形截面均压槽能有效抑制气膜内气旋涡动的产生,添加三角形截面均压槽后轴承微振动幅值降低60%。

压力脉动作用下管道的流固耦合瞬态分析

针对液压输流管内的压力脉动研究,提出流体压力脉动的计算方法和管道流固耦合分析的计算模型。对流体压力脉动进行编程,得到压力脉动作用产生激振力的变化。建立管道和流体实体模型,采用UDF技术将脉动压力编译到流体中,从而进行流固耦合瞬态力学分析,得到异径管和弯管处流体压力变化以及管道的应力和变形情况。研究结果表明:压力脉动沿管道传播发生衰减,其产生的激振力对弯管破坏较大;弯管段流体产生压力集中,进而引起弯管段变形大于异径管段。将压力脉动加载到管道中,对输流管道研究具有一定参考价值。

石门坎电厂水轮发电机组功率振荡问题的仿真研究

石门坎电厂机组运行在部分负荷(60%~80%额定负荷)范围时,出现机组有功功率振荡现象,影响电厂经济稳定运行。根据电厂运行及现场监测情况,初步断定水力因素是导致机组功率振荡的主因。为研究水力特征参数对机组功率振荡的影响,通过对机组开展真机测试,利用电力系统仿真工具仿真研究水力激振作用下的水轮发电机组功率。结果表明,机组功率振荡主因为水力因素,水力低频振动诱发的出力振荡与机械、电磁等因素耦合放大,导致机组的有功功率波动。

叶型最大挠度点位置对轴流泵流动激励力及其流动噪声的影响分析

叶型最大挠度点位置的移动对轴流泵叶片吸力面的附面层流动有较大影响,从而影响轴流泵的流动效率。利用计算流体力学方法对叶轮叶片具有不同叶型最大挠度点位置N_c的轴流泵模型内部定常和非定常流场进行数值模拟,分析轴流泵内非定常压强分布随N_c变化的规律。研究结果表明:随着N_c向叶片尾部移动,轴流泵扬程和效率均提高;N_c从0.3增大至0.4时,扬程提高了0.94 m,约20.3%,效率提高了2.7%;N_c从0.4增大至0.6时,扬程提高了0.25 m,约4.5%,效率提高了0.3%.从叶高静压分布和泵内流动激励力均可以看出,N_c为0.4、0.5和0.6时的流场相对于N_c为0.3时更有利于提高流动效率。轴流泵的声场结果表明,N_c=0.6时声压级最低,且振速最小。

基于CFD的抽水蓄能电站球阀漏水引起的自激振动研究

许多抽水蓄能电站发生过因球阀工作密封不严而引起的自激振动现象,由自激振动产生的压力钢管压力脉动最大值可达到球阀上游静压力的2倍,危害极大,并会产生爆管、水淹厂房等严重事故。因此,研究自激振动形成机理并且尽早消除和防范自激振动很有必要。本文以天荒坪高水头抽水蓄能电站的球阀为研究对象,通过Ansys Fluent等商业软件对机组停机时球阀漏水引起的非稳态流动进行三维数值模拟研究,得到管道内压力呈周期性变化,且与球阀密封振动周期相同;密封振动频率与压力脉动幅值增加速率呈正相关,但与漏水流量呈负相关,揭示了球阀泄漏时管道内正负水击导致阀门呈现柔性特征是自激振动产生的直接原因,且振动过程中的负流量效应导致了管内压力幅值快速增大。

离心泵流场外特性及激励数值计算

离心泵作为通用的旋转机械设备,广泛的应用于工程中的各个领域,离心泵在工作时其内部流场会对驱动端转子系统及泵体有流体激励作用,这种动载荷表现为流体或流场的压力的脉动,研究整个机组和旋转轴系的振动特性的关键,某型离心泵流场计算为例,对其流场外特性及其激励进行了数值仿真计算分析,在水泵等旋转机械振动分析领域具有一定的工程指导意义。

减小尾部结构振动响应的尝试

尾部减振一直是船舶设计中的关键问题。在尾部结构设计中既要做到减小尾部结构振动响应值 ,又要保证尾部结构牢固、合理 ,往往单凭保证振动频率储备值难以达到规定要求 ,尤其是对高速小艇更是如此。本文从降低螺旋桨激励力入手 ,进而减小尾部结构振动响应。这一尝试是成功的 。

多源激励下航空发动机L型管路动力学建模与验证

从解析分析角度,创建了考虑基础随机振动和流体压力脉动影响的多源激励下受卡箍约束的航空发动机L型管路的动力学模型。基于Timoshenko梁理论和传递矩阵法,推导获得了管路系统分别在轴向、横向以及轴向扭转方向对应的振动平衡方程,实现了充液后该管路系统固有特性的求解。提出了频域倍频能量法构造流体压力脉动函数的激振力,在采用虚拟激励法模拟基础随机振动载荷后,将2种激励方式同时加入到平衡方程中,在上述复杂的多源激励条件下,成功求解获得管路的振动响应。最后,组建了多源激励下航空发动机管路振动测试系统,在不同的激励条件下开展了验证测试,证明了所提出的理论模型及其分析结果的有效性,其对于复杂激励载荷下航空航天多种管路系统的动态响应预报与减振设计具有重要参考价值。

弯尾管亥姆霍茨型无阀自激脉动燃烧器传热特性

在传统的亥姆霍茨型脉动燃烧器基础上,取消了机械阀,采用连续供气方式,建立了弯尾管亥姆霍茨型无阀自激脉动燃烧器实验系统,设计了0°、45°,90°和135°弯尾管结构形式,实验研究了弯尾管亥姆霍茨型无阀自激脉动燃烧器尾管的传热特性。结果表明:在相同频率下脉动燃烧器传热系数随压力振幅的增大而增大,脉动流的传热系数约为相同雷诺数下稳态流传热系数的2.4-4.6倍;在相同压力振幅下脉动燃烧器传热系数随脉动频率的增大而增大,脉动流传热系数约是相同雷诺数下稳态流传热系数的3.3-4.7倍。

压力脉动对气体钻井钻杆振动特性的影响

基于钻杆振动的现有研究情况,以及压力脉动对气体钻井钻杆振动的重要影响,本文提出考虑压力脉动的气体钻柱振动特性计算方法。首先根据气体钻井实际情况,分析其压力脉动特性;然后建立包含压力脉动的激振力计算方法,在此基础上,建立钻杆振动特性计算模型。根据建立的模型,结合算例参数,分析了气体钻井钻杆的振动特性,包括压力脉动、激振力、弯头角度、模态阶数、振动位移及速度等。并通过对比实验测试与算例计算的结果,验证了分析方法与计算模型的可靠性。研究结果表明:压力脉动对气体钻井钻杆振动具有重要影响,进行气体钻井钻杆振动特性研究,需要基于压力脉动计算模型,建立激振力求解方法,才能保证钻杆振动特性分析的准确性、可靠性。研究结论对于气体钻井钻杆失效机理、钻杆共振特性以及提高钻杆使用寿命具有参考意义。