空化诱发的轴流泵振动特性实验研究

运用LMS多通道振动噪声测试与动力学分析系统,对轴流模型泵最优工况流量下不同空化程度时的振动加速度进行了动态多点测量和分析,获得了振动加速度的特征频率以及低频、高频振动水平随汽蚀余量的变化规律。实验结果表明:轴频、叶频以及其高次谐波是泵振动的主要激励频率;空化诱发的振动主要为高频振动;随汽蚀余量的降低,低频振动和高频振动均呈现先上升后下降的趋势;高频振动比低频振动更易被阻尼力削弱,高频振动水平上升的拐点和空化引起泵能量性能下降的临界点相一致。     

变工况对侧壁式离心泵振动特性的影响

振动是离心泵关键性能指标,低振动离心泵设计是目前研究的难点问题。本文对具有特殊结构的侧壁式压水室离心泵振动特性进行实验研究,分析了不同流量下,模型泵重要测点处振动频谱和能量的变化特性。结果表明:变工况对模型泵的中、高频信号影响较小,不同流量下低频振动能量变化明显,因此水力因素主要诱发低频振动信号;加速度频谱图中,叶频处的幅值较小,峰值信号出现在叶频的高次谐波处;低频段振动能量和泵内流场结构密切相关,非设计工况下,泵内容易出现非稳态流动结构,造成泵的振动能量不断上升;尤其在小流量工况,旋转失速导致泵的振动能量迅速增加;通过对振动能量曲线分析初步提出了低频振动能量和流量的特征函数关联式,为预测变工况对泵振动特性的影响提供理论依据。     

空化流动诱导离心泵低频振动的实验研究

空化流动严重影响泵安全稳定运行,为充分认识泵内空化发展程度及其诱导的低频振动特性,设计了一台离心式模型泵作为研究对象,同时采用高速摄影及振动加速度测试手段,实现了叶轮内部空化流动的可视化及对应的泵体低频振动信号提取,分析了空化泡形态随空化发展的演化规律,对比了空化发生前后泵体低频振动频谱特性,探讨了泵体总振级水平、离散频率下振动加速度幅值随空化发展程度的变化,提出振动临界汽蚀余量可作为空化程度的另一判据,叶频时的振动加速度幅值变化亦可作为泵内空化程度的表征。     

混流式核主泵内流动结构与压力脉动特性关联分析

核主泵内的流动不稳定将会引起严重振动,不利于其安全稳定运行。因此本文基于大涡模拟(LES)数值计算方法对几个典型工况下核主泵内部非稳态流动结构及其压力脉动特性进行全面阐述与关联性分析。研究表明,随着流量的增加,动静干涉作用在导叶出口处逐渐增加;偏工况条件下,导叶出口处压力脉动频谱低频段中均出现复杂激励频率,尤其是靠近出液管附近的导叶出口处。核主泵在偏大流量工况下运行时壳体右侧内部非稳态流动结构相较于壳体左侧更加复杂;在偏小流量工况下运行时壳体底部压力脉动更加剧烈。本文进一步详细描述了核主泵球形壳体内强涡量区的流动结构及其成因,并且发现测点处的压力频谱与涡量频谱有相同的主要激励频率,因此证明核主泵内非定常旋涡流动结构是激励压力脉动的主因之一。     

一种振动发电装置的设计制作

本文设计制作了一款简易的振动发电装置,测试了该装置的输出电动势随外部振动源振幅和频率变化规律。在测量范围内,输出电动势有效值均超过0.9 V,在频率f=5 Hz,振幅A=0.42 cm时输出电动势有效值最大,达到1.72 V。该装置结构简单,操作方便,可用于一定场景下的简易发电及电磁学、振动学知识的教学场景。     

封闭式喷雾冷却系统启动时间

 以蒸馏水为冷却工质,对冷凝器内置的封闭式光滑表面喷雾冷却系统进行了启动时间变化规律的实验研究,结果表明喷雾系统不同模块最优启动顺序为冷凝器、泵和加热器。采取6种不同的启动顺序,启动后加热表面的温度不均匀度均小于0.25 ℃。在最优启动顺序下,研究了冷却水流量、泵高度、加热功率和喷雾流量对启动时间的影响。随冷却水流量和喷雾流量增加启动时间缩短,随泵高度增加启动时间略微增大,随加热功率增大启动时间先增大后减小。启动时间影响程度由大到小的因素依次为喷雾流量、冷却水流量、加热功率及泵相对于加热表面的高度。喷雾工质流量由10 mL/min增大到35 mL/min时,封闭式喷雾系统的启动时间缩短了5 000 s。同样操作条件下,封闭式系统的启动时间比开放式系统延长15%~20%。     

低频随机振动和正弦振动对汉语清晰度的影响

目的：探索随机振动和正弦振动因素下生成语音在听觉效果上的变化规律。方法：随机振动采用频率范围2-20Hz,加速度为0.3G、0.5G、0.7G(有效值,下同）,正弦振动采用频率4、6、8、10、12Hz,加速度为0.3G、0.5G;在安静及信噪比分别为0dB和-6dB三种状态下对随机振动组、正弦振组及对照组3个组的语音材料进行清晰度测试。结果：和对照组相比,随机振动组,清晰度几科没有变化,正弦振动组,0.3G时4Hz、0.5G时6Hz和8Hz作用下语音清晰度有明显降低,检验结果非常显著。研究还发现,清晰度的降低随听音环境的信噪比的降低而变得严重;结论：正弦振动对发音人发音的影响,会使通话效果变差,并且在听音环境恶劣时尤为突出。     

含气率对深海多相混输泵性能影响的数值研究

本文采用CFD数值模拟方法对全新自主设计的混流式深海多相混输泵,分别在单相纯水与空气-水两相工况下开展数值模拟计算工作。单相条件下研究了混输泵在3000 r·min~(-1)、3500 r·min~(-1)与4000 r·min~(-1)三种转速下的增压特性与水力效率随液相流量Q_1变化规律;两相条件下对混输泵进行了恒定液相流量Q_1改变混输泵入口体积含气率GVF与恒定GVF改变Q_1的两相增压性能预测,GVF变化范围为0～10%,Q_1变化区间为5～90 m~3/h。研究结果表明GVF在10%以内,该混流式混输泵空气-水两相混输增压性能良好,能够保持安全高效稳定运行,发现扩压器入口处导叶叶片吸力面局部区域气体积聚是导致混输泵增压性能随GVF增加而轻微下降的主要原因。     

偏工况下壁面粗糙度对泵腔内流动规律的影响

本文将结合雷诺时均方程、RNG k-ε湍流模型和等效沙粒粗糙度模型,研究一离心泵泵腔内的流动规律与壁面粗糙度和运行工况的关系。研究表明:壁面粗糙度对离心泵外特性的影响存在一个峰值,此时绝对粗糙度的值为0.2mm;随着流量的增加,壁面粗糙度对叶轮前、后盖板所受扭矩的影响增加、对离心泵轴功率的影响减小。设计工况下,前泵腔中存在无量纲切向速度α值不变的核心流动区域。在核心流动区域内,随着粗糙度的增加,α值先减小,达到极小值后趋于稳定,稳定值为0.51。在前盖板附近,极小值往粗糙度较大的方向移动。小流量工况下,湍流核心区域消失,动、静壁面附近α值随流量的变化规律相反。大流量工况下,湍流核心区域减小,且更加靠近静壁面。     

某跨音速轴流压气机转子叶顶泄漏流的非定常特征

本文采用数值模拟方法研究了某跨音速轴流压气机转子在设计间隙、不同流量工况下叶顶泄漏流非定常流动特征.结果显示该转子在大部分工况下都出现非定常波动现象.静压均方根值分布表明非定常波动现象主要存在于叶顶,是由叶顶泄漏流自激非定常性引起,激波及波涡干涉位置附近波动不明显.针对小流量工况,分析了泄漏流的非定常特征和叶顶拟S1流面瞬态静压在一个波动周期内随时间的变化规律,并详细阐述了间隙中部叶顶两侧压差与泄漏流速度之间的动态循环过程.随流量减小,叶顶非定常波动频率减小,波动强度增强,压力面最强的波动区域向前缘移动.     

轴流泵叶顶间隙空化流可视化实验研究

运用高速数码摄像系统对比转速为700的轴流泵在最优工况流量下不同空化程度时的叶顶间隙内空化流动进行拍摄实验,捕捉到空化发生位置和空泡团形态随空化程度变化的演变过程。实验结果表明:叶顶间隙内空化发生的初始位置位于叶顶翼型头部,空泡团为沿叶片工作面向背面旋转的旋涡空化,旋转轴和圆周方向基本一致;随着泵汽蚀余量的降低,空化发生位置和空泡团与叶顶翼型粘连的区域均呈由叶顶翼型头部向尾部延伸发展的趋势;当泵发生汽蚀时,空化发生位置覆盖整个叶顶翼型,间隙空泡团和叶片背面空泡团相掺混,对叶轮流道内液相主流产生强烈干扰,导致泵能量性能急剧下降。研究结果为轴流泵叶顶间隙内空化发生及发展过程的理论研究提供了有效参考。     

有机工质离心透平设计与变工况性能研究

本文以R123为流动工质,进行离心透平级的一维热力计算,并通过数值模拟分析ORC离心透平级内流动情况及变工况性能。结果表明:在设计工况下,数值模拟结果与一维设计结果基本一致,功率与效率偏差在1%以内,符合设计要求。在变工况下,进汽压力在0.33~0.88 MPa变化时,效率随进汽压力增大先增大后减小,流量和功率随进汽压力增大而增大;背压在0.10~0.18 MPa变化,在临界工况下运行,效率和功率随着背压的增大而减小,流量保持不变;初温改变对透平生能影响较小,效率变化范围在1%以内;转速变化时,流量不变,效率先增大后减小,设计转速下效率最高。     

带回热器的跨临界CO2空气源热泵系统性能实验研究

本文对带回热的跨临界CO_2空气源热泵循环在不同压缩机频率下运行时的特性进行了热力性能分析。结果表明:在25 Hz和30 Hz压缩机频率下,系统COP_h随排气压力的升高都存在峰值。在35 Hz压缩机频率下,由于受限于系统高温保护,系统COP_h随排气压力的升高逐渐增大,从趋势来看也存在峰值。压缩机频率升高,出水温度、气冷器出口温度和排气温度都升高,CO_2质量流量增加,系统COP_h减小。与25 Hz和35 Hz压缩机频率下的系统性能相比,30 Hz压缩机频率下的系统运行性能更优,系统最大COP_h为3.88,对应的最优排气压力为9.2 MPa,对应的最高出水温度为91.1℃。     

射频负离子源200kV高压平台磁缓冲器系统中磁芯的性能测试和分析

在射频负离子源200kV高压平台磁缓冲器系统设计中,首次通过旁路电阻的方式,解决了系统运行时次级直流偏置电路中电阻的过热问题。分析了磁缓冲器系统在高压电源启动阶段(工况1)和负离子源运行阶段电极间打火时(工况2)的主要工作频率。在工况1对应的工作频率下,测试了磁缓冲器核心部件铁基纳米晶软磁合金(FINEMET)磁芯的B-H曲线,得出加入直流偏置后的振幅磁导率与无直流偏置时相比,下降了60%(200Hz)～80%(100Hz)。在工况2对应的主要频率下,测试了磁芯的复数起始磁导率并进行了储能耗能分析。在25～525kHz频率范围内,测得了磁芯的磁谱以及品质因数随频率变化的曲线,得出随着频率的增加,磁芯单位耗能下的储能逐渐减小;当频率达到100kHz以上后,磁芯的能量存储与耗散状态趋于稳定。     

大长宽比长条形SiC反射镜的优化设计与试验

针对某离轴三反光学系统中的大长宽比长条形SiC反射镜镜面边缘随机振动加速度响应均方根值过大的特点,提出一种采用"基结构法"的反射镜结构拓扑优化方法,以随机振动加速度响应均方根值最小化为优化目标.首先对某初始反射镜结构进行有限元分析,发现反射镜镜面边缘点Z向加速度响应均方根值过大.其次,应用连续体结构拓扑优化思想,以反射镜镜面边缘点的随机振动加速度响应均方根值作为优化目标,以镜面峰谷值、镜体一阶约束频率作为约束条件,以反射镜筋板式基结构作为优化空间,对反射镜镜体结构进行拓扑优化设计,得到了一种各项力学性能指标及面形精度均满足指标要求的反射镜轻量化结构.最后,通过有限元分析与振动试验,验证了本文设计的反射镜结构拥有良好的力学性能,其中反射镜镜体质量相比优化前降低了13%,镜面边缘点的Z向随机振动加速度响应均方根值降低了58%,证明了本文优化方法的有效性.     

有泵/无泵ORC系统的单压/双压发电性能分析

随着社会的快速发展,能源问题日益凸显,有机朗肯循环(Organic Rankine Cycle,ORC)是一种回收低品位废热、节约能源的有效手段。本文建立了有泵/无泵、单压/双压对应的4种ORC系统,并针对4种系统进行了发电性能分析,对比了4种系统在不同工况下的发电量和(?)效率.首先在设计工况下,以发电量为优化目标得到了最优蒸发温度和最优工质流量。然后在最优设计参数下,研究了当实际运行偏离设计工况时,即热源温度波动时以及在不同季节4种系统的性能变化规律。结果表明,双压无泵系统发电性能最好,同时结构和控制也最复杂。     

基于波系分析的自增压旋转压力能交换器性能研究

本文针对具有自增压特性的旋转压力能交换器进行研究,通过求解非定常一维流动模型,获得了液体压力波在转子孔道内的传播特性,基于压力能交换过程的最优波系分析,探讨了不同波系结构的交换器性能随工况的变化规律。研究发现,不同工况下的压力能交换率存在最优值,增压比、增压流量随低压连通区压差降低而减小,多次波系反射结构的压力能交换率和增压流量总体有较大提高。     

纳秒脉冲下聚合物电树枝引发实验方法

 借鉴直流、交流的研究经验,比较了纳秒脉冲条件下几种不同的电树枝老化实验方法。对单针-板电极和多针-板电极在纳秒脉冲下实验结果的一致性进行考察,结果表明,多针-板电极系统可以在提高实验效率的同时保证结果的准确性。采用步进法和累加法进行了不同频率下聚苯乙烯电树枝引发实验,结果表明:两种方法得到的纳秒脉冲下聚苯乙烯电树枝引发电压-频率特性基本一致,在50~500 Hz范围内,引发电压随频率的升高而降低;在500~800 Hz范围内,引发电压随频率的升高而增加。最后讨论了对于不同脉冲功率装置中绝缘材料老化试验设计的方法。     

多级离心泵内叶轮出口压力脉动研究

为研究瞬态工况下离心泵叶轮出口处的压力脉动情况,为离心泵泄漏流道流动提供边界条件,建立了包含叶轮和导叶流道的离心泵模型,基于CFD方法计算得到了其在不同工况下的性能参数,利用测试数据对结果进行了验证。分析了瞬态工况下叶轮出口处压力的变化趋势,比较了不同工况对叶轮出口压力脉动的影响,发现叶轮出口压力随叶轮旋转呈周期性变化,压力脉动频率与转速及叶轮数量有关;偏工况时叶轮出口压力脉动趋势与额定工况基本一致,但脉动频率及脉动幅值有较大区别;随离心泵转速增加,叶轮出口处压力脉动的最大值和最小值均呈减小趋势,但幅值随转速增加而增加,且增幅明显。     

变压器振动在典型建筑结构中的衰减特性*

为掌握10 kV居民区配电变压器振动在建筑中的衰减规律,将实测的变压器振动加速度转化为激励力,作用于剪力墙和框架建筑上,采用有限元法仿真研究变压器振动在建筑中的衰减特性。结果表明,在具有相同层高、层数的剪力墙、框架高层建筑中,位于负一层的变压器传播至各楼层的铅垂向振动加速度级(0～500 Hz),随楼层离地高度h对数值(lg h)的增加线性下降,其斜率分别为33.26和24.84,前者的衰减速率(lg h每增加1振动加速度级的衰减量)约为后者的1.3倍;在剪力墙、框架多层建筑中斜率分别为31.87和20.07,前者的衰减速率约为后者的1.6倍。可见,当建筑层高、层数相同时,变压器振动在剪力墙建筑中比框架建筑中衰减更快;当建筑结构相同时,振动在高层建筑中的衰减速率略大于多层建筑。对0～80 Hz环境振动,变压器振动在剪力墙高层建筑中的铅垂向Z振级衰减速率约为框架高层建筑的2.4倍;剪力墙多层建筑振动衰减速率约为框架多层建筑的3.7倍。在此基础上,建立了变压器传播至剪力墙、框架建筑不同楼层的振动单值和分频段预测模型,可为变压器引起的建筑室内振动预测和控制提供依据。