旋转离心叶轮内部非定常流动实验研究

利用激光成像速度仪(PIV)测量了旋转离心叶轮内部的非定常流场,获得了旋转离心叶轮内部相对速度的非定常流场分布。详细分析了叶轮内部非定常流动现象和流动规律。通过实验研究发现旋转离心叶轮内部的流动是非定常,在叶轮出口处,叶片的吸力面与轮盖的夹角区存在一个低速区,并观察到了明显的射流/尾迹结构。射流区和尾流区的大小和范围在沿盘盖方向和跨叶片方向上是不同的。射流区和尾流区之间不存在明显的分界线。     

离心泵非设计工况内部流动特性研究

以单级蜗壳式离心泵为研究对象,基于RANS进行了全流场的非定常数值计算,探讨了叶轮的非定常流动特征,重点分析了叶轮出口沿轴向变化的圆周面流域内各节点的压力分布特性。结果表明:在叶片压力面及叶片后缘尾迹区发生了剧烈的湍流脉动现象;不同工况下叶轮出口圆周方向的压力系数C_p均在隔舌附近产生极值;额定工况Q/Q_N=1时,叶轮出口圆周方向的压力系数C_p呈稳定周期性分布,随着工况的改变,压力系数C_p沿蜗壳周向分布不均匀性增加;小流量工况下叶轮流域内发生了明显的流动分离现象,流道内产生了较大尺度的分离涡,破坏了叶轮出口圆周方向压力系数C_p的周期性分布特性;叶轮出口圆周压力系数C_p沿中截面两侧的流域内几乎对称分布;在Q/Q_N=0.2小流量工况下,压力脉动频谱图低频段内出现了较多复杂的激励信号,认为这与流域内的分离涡结构具有一定关联。     

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。     

不同型线离心风机叶轮的性能对比研究

本文分别对采用常规单圆弧叶片和等减速叶片两种不同型线叶轮的离心风机进行了试验研究,并做了整机全工况数值模拟计算.流场分析表明:应用等减速流型设计的离心风机,其叶轮内部的流动损失小,压力梯度变化更规律,叶轮出口的射流-尾迹结构较弱,出口速度场均匀且最大速度值较低.所以,等减速流型设计的叶轮,其流动损失、扩压损失、出口混合损失以及出口截面突变损失均比较小,效率较高.     

非均匀入流对轴流泵装置反向发电叶轮受力的影响机理

为探究非均匀入流对轴流泵装置反向发电时叶轮受力特性和内部流态的变化,对某卧式轴流泵装置反向发电时进行了多工况全流道流动特性数值模拟。结果表明：非对称流动诱发叶轮受力不均,径向受力重心逐渐向正X与正Z方向偏移,X方向径向受力相对不稳定,且恒为正值;在相对旋转叶轮静止的参考系中,沿水流流向的由叶片进水边至出水边,压力脉动表现出先减小后增大,在进水边出现最大的脉动系数幅值。小流量工况靠近叶片出水边的轮毂处压力脉动幅值较大,为轮缘和叶片中部的3.04倍和2.18倍。结合叶轮流场的时空分析发现,叶轮正X方向持续存在的旋涡导致叶轮正X方向流态相对较差,加剧了叶片压力面的低频压力脉动,是诱导叶轮X方向径向受力不稳定且恒为正值的本质原因。     

非对称进气双面压气机叶轮工作模式研究

采用数值模拟方法对两端非对称进气双面离心压气机整级和简化模型的工作特性进行分析。结果表明:非对称进气双面离心压气机存在两种工作模式,随着流量减小由并行工作模式转换成单侧叶轮工作模式;同时,对两侧叶轮出口各区域速度三角形进行了分析,阐明了各区域速度分量存在差别的原因以及共享扩压器内的流动与掺混状况;此外,分析了小流量工况下两侧叶轮出口流场的非对称结构,发现该工况后方叶轮对应各量的周向掺混更为迅速。     

离心叶轮内三维湍流流场的实验研究

利用多普勒激光测速仪对闭式后弯离心叶轮内三维湍流流场进行了实验研究。叶轮在带有无叶扩压器的通风机内运行。对整个流道内各流面的测点进行了详细的数据采集和统计．由得到的测量结果,分析了叶轮内回转面、径向面上主流速度的分布及发展趋势,气流角由叶轮进口向出口、由压力侧向吸力侧的变化规律、以及叶轮出口处二次旋涡流动等流动特性。     

倾斜叶片对多翼离心风机性能影响的研究

本文应用大涡模拟及边界元法研究了倾斜叶片对多翼离心风机气动声学性能的影响。研究结果表明,相较于传统直叶片叶轮,倾斜叶片叶轮在出口角度不变时因叶片发生扭转,会略微降低风机流量。采用倾斜叶片,可以减小叶道中的流动分离区域,减弱流动分离程度。前盘侧间隙泄漏量随着前盘侧叶轮外径的减小而减少,倾斜叶片叶轮出口角度的变化对于泄漏量影响较大。倾斜叶片叶轮在前盘侧叶轮外径减小时,可以减少风机噪声。     

沟槽壁面减阻机理实验研究

利用IFA300型热线风速仪,测量了光滑壁面和沟槽减阻壁面湍流边界层内的瞬时速度,利用自行设计的阻力天平仪测量了壁面摩擦力。得到了边界层无量纲速度分布和平均湍动能分布。对测得的脉动速度信号,利用离散正交小波变换按时间和尺度分解,得到各尺度分量的湍动能,并且发现其分布在湍流惯性区具有极大值。分析表明,当沟槽有减阻效果时,边界层内的平均湍动能减小,湍流惯性区各分量的湍动能极大值亦减小。     

离心式叶轮出口及其无叶扩压器内部流场的实验研究

本文采用三孔和五孔探针在三个不同工况下对一高效离心式压缩机三元叶轮出口及其无叶扩器内部流场进行了详细测量和分析,给出了三个不同径向位置上速度场和压力场跨盘、盖的分布曲线。本文测量结果表明即使是高效三元叶轮,其出口气流角跨盘、盖分布仍很不均匀,只有采用三元叶片扩压器才能更好地与叶轮匹配。     

离心压缩机轮盘空腔的实验研究

本文以离心压缩机轮盘空腔为研究对象,依托大功率间冷压缩机闭式试验台测量了轮盘空腔静壁面不同半径处的静压和静温,分析了变工况下轮盘空腔和离心压缩机的耦合特性,并研究了变转速对轮盘空腔内部流动影响及其变化规律.结果 表明静压和静温沿着半径增大方向逐渐上升,但静温在近叶轮出口与空腔进口耦合处有所下降.设计转速下各位置点静压总体趋势、静温以及沿着半径减小方向的静压损和静温损均随流量的减少而增加.静压随叶轮转速的降低而减小,静温随转速变化的规律较复杂,静压损和静温损均随转速的降低而减少,静压和静温随流量变化的规律也会因转速改变而不同.     

离心压气机叶轮内部流动的数值研究:分流叶片的作用

本文对一台单级压比为4/1的离心压气机叶轮内部流动,进行了数值模拟的研究。计算方法基于Jameson格式,湍流模型选择Baldwin-Lomax模型。计算结果为分析叶轮流道内二次流的形成与发展,提供了详细的流动结构。通过对不同通流截面速度分布的比较,发现分流叶片可以延缓横向二次流的发展,降低叶片吸力面扩压程度,减小叶轮出口尾迹的强度与范围,对提高叶轮效率起到决定性的作用。     

轴流式冷却循环泵非稳态流激特性数值研究

轴流式冷却循环泵是舰船动力系统中的关键设备之一,泵内非稳态流动诱发的压力脉动是影响泵振动水平的主要水力因素。运用特定设计方法对某比转速为471的循环泵进行了设计并通过实验测量进行了性能验证。基于非定常数值计算,获得了不同工况下循环泵多个截面上压力脉动系数的变化规律。研究表明:叶轮进口压力脉动系数沿径向呈递增趋势,轮缘处流体激励能量最大且主要集中于叶频;叶轮出口压力脉动系数在轮缘和轮毂处取得极大值,主要激励频率为叶频及其高次谐频;导叶出口压力脉动系数沿径向基本一致,主要激励频率为1/5叶频;叶轮出口诱发的叶频压力脉动是决定泵振动水平的主导因素。研究结论为循环泵减振技术的发展提供了一定的理论支撑。     

斜流风机叶轮的三元流特性及设计方法

一、叶片前的弯曲通道和叶片前缘附近的速度分布 斜流风机(见图1)叶轮内的流动情况介于轴流风机与离心风机两者之间,可以近似看成沿一簇迴转面的流动,其特点在于沿空间三个方向的速度分量在数值上是可以比拟的,任何一个分量都不能忽视从而更带有三元流动的特点.     

回转圆筒内颗粒流速度场的实验研究

基于适用于稠相的粒子图像测速技术对二维回转圆筒内颗粒的流动模式和时均速度分布进行了研究.不同工况下料床的径向对称线、30%径向线和70%径向线上颗粒横向速度分量的分布具有相似性,该速度分布可由柱塞流区的指数型方程和活性层的切变流动方程相结合的形式来准确描述.低速下表面线上速度横向分布是对称的且峰值在中线处,随转速提高峰值逐渐向料床下部移动.表面层内颗粒温度的值远高于柱塞流区内的,其最大值存在于表面层底部颗粒剧烈碰撞的区域.     

基于Omega涡识别方法的离心泵内非定常流动数值评价

离心泵内部非定常流动与流场中生成的旋涡密切相关.本文采用Omega涡识别方法研究离心泵流场涡结构及非定常流动特性,阈值选择为0.51.分析得出LES湍流模型相对比其他两种湍流模型涡识别结果更为细致,对叶片流道中的小涡结构可以很好地捕捉.设计工况下,LES模型识别出的涡面积数值是DDES模型的1.15倍,是SSTk-ω模型的1.55倍.压力脉动受流场空间位置与工况影响较大,其主要激励为叶频,并且压力脉动强度与涡面积密切相关.叶轮出口处的涡结构周期性脱落,在隔舌处会撞击隔舌而破裂.离心泵动静干涉的产生与叶轮出口处的涡结构脱落有关.     

离心泵导叶流道进口处压力脉动研究

为研究离心泵导叶流道进口处压力脉动的分布及传播规律,深入探究导叶式离心泵内动静干涉作用机理。试验采集某核级离心泵相邻两个导叶流道进口处压力脉动信号,并对其进行分析。结果表明:模态节径模式分析方法可以用来分析预测压力脉动主要特征频率成分,导叶流道进口处压力脉动主要为叶片通过频率及其倍频,并以此形式沿叶轮旋转方向向下传播。相同导叶流道进口处流体流动具有不均匀性,各测点压力脉动主要特征频率及最大幅值对应频率不同。压力脉动在叶片通过频率及其倍频处相关性强,随着流量增大至设计工况,压力脉动能量逐渐集中到叶片通过频率及其倍频处。研究可为降低泵内压力脉动提供一定参考。     

旋流泵内部盐析两相流速度场的PDPA实验

以旋流式模型泵内部氯化钠盐析两相流场为研究对象,采用相位多普勒粒子测速仪(PDPA)对该泵在最优工况下的两相速度场进行了测量,给出各相在无叶腔及叶轮内部的三维速度及其对应的脉动速度分布曲线.通过对两相的周向速度、轴向速度及径向速度分布情况的分析,揭示了该型泵内盐析两相流速度场的分布特征.泵内同时存在循环流与贯通流,是强制涡旋和自由涡旋的叠加,与前人提出的流动模型相符;在叶轮进口处,液流已有强力预旋;随着半径增大,两相的周向和轴向速度呈现先增大后减小趋势,而径向速度先减小后增大,对应的脉动速度变化趋势则相反;泵内两相速度及脉动速度有滑移,但差异总体上并不显著.本文的研究有助于进一步认识盐析与流动的关系.     

基于壁面磨损的渣浆泵内固液两相流动分析

为探究渣浆泵内固液两相流动与过流部件磨损之间的关系,结合计算流体动力学与离散元方法,加入磨损模型,对泵内固液两相流动和过流部件的磨损进行模拟;借助试验结果验证数值模拟方案的物理有效性;考虑固体颗粒尺寸和固相质量分数的影响。结果表明:所建立的数值模拟方案可以较准确地预测泵内磨损的位置及磨损程度;随着固相质量分数和固体颗粒平均直径增加,叶轮和压水室表面的磨损加剧,磨损严重的区域集中在叶片进口边附近和叶片工作面出口处,磨损位置受固相质量分数的影响不明显;法向累积接触能量是导致磨损的关键因素;压水室的磨损程度较叶轮轻,且磨损量分布不均匀。     

离心叶轮内部三维湍流流场的数值分析

本文应用ｋ－ε湍流模型在贴体曲线坐标系下结合ＳＩＭＰＬＥＣ算法对Ｇｈｏｓｔ离心叶轮内的湍流流场进行了求解。作者采用速度的阶变物理分量作为求解变量，在非交错网格上对单元体的界面流通量作特殊插值，以抑制不合理的波动压力场。计算结果与实测值吻合良好，揭示了叶轮出口的＂射流－尾迹＂结构和二次流分布规律，并对流动过程和出口流场进行了分析。