离心泵内空化流动不稳定性及其控制研究
发布时间：2022-01-15 04:56
水力机械在运转运行过程中都不可避免的碰到空化问题。空化过程的危害主要体现在三个方面:一是空化会导致水力机械水力性能的严重恶化;二是固体壁面脱落的空泡由于惯性发展在下游高压区的破裂,在近壁面破裂的空泡会造成材料表面的破坏即空蚀。同时,与空化破坏相伴随的,还有振动与噪声等问题;三是空化会影响流动的非定常特性或者动态响应特性。对动态响应特性的改变会使流动出现不稳定性,由空化导致的不稳定性包括旋转空化和空化喘振等。这些不稳定性会导致全局流量与压力的大幅振荡,从而引起非定常的转子动力特性进而导致水力系统的结构破坏。目前关于水力机械中非定常流动不稳定性的研究处于起步阶段,由空化导致的流动不稳定性的研究属于水力机械领域研究的热点与难点问题。要完全消除空化流动不稳定性带来的危害在工程领域几乎是不可能的。因此,对空化危害的研究方向已经调整为降低与抑制空化不稳定性带来的负面作用即空化的控制。目前针对水力机械空化抑制有调整管路布置、安装非对称干扰板、安装周向槽和补气等手段,这些方法对特定的空化不稳定性有一定的抑制作用,但空化不稳定性并未被完全抑制且其抑制机理也不完全清楚。因此,探索和发现具有实际工程应用价值...
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：143 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
空化形态(Franc,etal.1995)
图 1.3 侧向射流(Foeth, et al. 2008)近年来，国内也对空化流动展开了广泛而深入的研究工作，如清华大学、上海交通大学、北京理工大学、702所等单位。北京理工大学王国玉对水翼空化流动做了大量深入的工作。Wang等[77]采用实验方法研究了水翼周围的附着空化湍流场的动态特性，结果表明云状空化下脱落的大尺度涡结构和回射流密切相关。张博等[78]对Clark-Y水翼进行实验与数值研究，发现回射流产生的主要原因是云空化尾部大规模的漩涡运动引起的近壁处形成的逆压梯度。张博等[79]采用试验的方法研究绕水翼空化流动的非定常流体动力特性，基于高速摄影手段和对升力系数的频谱分析，发现空穴形态及其对应的动力特性随时间的变化过程随空化数与攻角比值的不同对应两种不同的模式。赵宇等[80]采用涡动力学方法对水翼非定常流动进行了分析，发现附着空穴尾缘附近速度梯度的非定常变化是导致涡量产生和消失的主要因素，并发现该速度梯度的变化是由反向射流导致的。赵宇等[81]基于拉格朗日方法研究了非定常云状空化流动，采用粒子追踪方法研究了反向射流及附着空穴的内部漩涡结构。拉格朗日拟序结构(Lagrangian Coherent Structures, LCS)在空化流动的研究中受到越来越多的重视。如图1.4是在水翼尾缘和前缘布置追踪粒
朗日方法研究了非定常云状空化流动，采用粒子追踪方法研究了反向射流及附着空穴的内部漩涡结构。拉格朗日拟序结构(Lagrangian Coherent Structures, LCS)在空化流动的研究中受到越来越多的重视。如图1.4是在水翼尾缘和前缘布置追踪粒子的运动历程，粒子追踪方法可以较好地反映空穴的初生-发展-脱落-再生的历程以及空穴内部涡结构之间的相互作用、与主流的卷吸历程。图 1.4 云空化拉格朗日拟序结构(赵宇等, 2015)Peng等[82]采用数值与实验相结合的方式研究了水翼表面的云空化的发展历程，指出了尾缘的逆压梯度驱使产生的回射流和侧向射流是使空泡脱落的主因，脱落空泡与流动相互作用而形成了U形空泡结构。Ji等[83]采用大涡模拟和理论分析方法研究了NACA66水翼表面发生云空化时的瞬态涡演化过程，附着空化发展至片状空化后会使水翼表面的边界层变厚，空泡脱落过程对下游涡的发展有重要影响，验证了一元理论关于空化系统不稳定性结论即水翼表面压力脉动与空泡体积加速度成正比。Ji等[84]基于大涡模拟方法研究了水翼尾流大尺度涡结构与湍流的相互作用过程，采用Q准侧的研究表明大尺度涡随主流卷吸至下游，空化发展程度与
【参考文献】：
期刊论文
[1]离心泵内空泡演化与其对振动的影响[J]. 叶阳辉,朱相源,孙光普,李国君. 农业机械学报. 2017(06)
[2]Large eddy simulation of turbulent attached cavitating flow with special emphasis on large scale structures of the hydrofoil wake and turbulence-cavitation interactions[J]. 季斌,龙云,龙新平,钱忠东,周加建. Journal of Hydrodynamics. 2017(01)
[3]离心泵进口回流诱导的空化特性[J]. 付燕霞,沈陈栋,袁建平,夏水晶. 排灌机械工程学报. 2016(10)
[4]水翼表面布置射流水孔抑制空化[J]. 王巍,羿琦,林茵,徐瑞铎,王晓放. 排灌机械工程学报. 2016(10)
[5]A review of cavitation in hydraulic machinery[J]. 罗先武,季斌,Yoshinobu TSUJIMOTO. Journal of Hydrodynamics. 2016(03)
[6]开缝叶片低比转数离心泵空化性能的数值模拟[J]. 王洋,谢山峰,王维军. 排灌机械工程学报. 2016(03)
[7]基于拉格朗日方法的非定常空化流动研究[J]. 赵宇,王国玉,黄彪,吴钦,王复峰. 工程力学. 2015(09)
[8]绕水翼非定常空化流动的涡动力学分析[J]. 赵宇,王国玉,黄彪,胡常莉,陈广豪,吴钦. 船舶力学. 2015(08)
[9]基于大涡模拟的轴流泵叶顶泄漏涡瞬态特性分析[J]. 张德胜,石磊,陈健,耿琳琳,吴苏青. 农业工程学报. 2015(11)
[10]Numerical simulation unsteady cloud cavitating flow with a filter-based density correction model[J]. 黄彪,王国玉,赵宇. Journal of Hydrodynamics. 2014(01)
博士论文
[1]离心泵失速特性研究[D]. 周佩剑.中国农业大学 2015
[2]涡轮泵及诱导轮流动不稳定性及空化特性研究[D]. 付燕霞.江苏大学 2014
[3]轴流泵失速和空化流动特性及其性能改善研究[D]. 张睿.上海大学 2014
[4]离心泵叶片前缘空化非定常流动机理及动力学特性研究[D]. 李晓俊.江苏大学 2013
[5]离心泵多设计方案下内流PIV测试及其非定常全流场数值模拟[D]. 袁建平.江苏大学 2008
本文编号：3589944
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：143 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
空化形态(Franc,etal.1995)
图 1.3 侧向射流(Foeth, et al. 2008)近年来，国内也对空化流动展开了广泛而深入的研究工作，如清华大学、上海交通大学、北京理工大学、702所等单位。北京理工大学王国玉对水翼空化流动做了大量深入的工作。Wang等[77]采用实验方法研究了水翼周围的附着空化湍流场的动态特性，结果表明云状空化下脱落的大尺度涡结构和回射流密切相关。张博等[78]对Clark-Y水翼进行实验与数值研究，发现回射流产生的主要原因是云空化尾部大规模的漩涡运动引起的近壁处形成的逆压梯度。张博等[79]采用试验的方法研究绕水翼空化流动的非定常流体动力特性，基于高速摄影手段和对升力系数的频谱分析，发现空穴形态及其对应的动力特性随时间的变化过程随空化数与攻角比值的不同对应两种不同的模式。赵宇等[80]采用涡动力学方法对水翼非定常流动进行了分析，发现附着空穴尾缘附近速度梯度的非定常变化是导致涡量产生和消失的主要因素，并发现该速度梯度的变化是由反向射流导致的。赵宇等[81]基于拉格朗日方法研究了非定常云状空化流动，采用粒子追踪方法研究了反向射流及附着空穴的内部漩涡结构。拉格朗日拟序结构(Lagrangian Coherent Structures, LCS)在空化流动的研究中受到越来越多的重视。如图1.4是在水翼尾缘和前缘布置追踪粒
朗日方法研究了非定常云状空化流动，采用粒子追踪方法研究了反向射流及附着空穴的内部漩涡结构。拉格朗日拟序结构(Lagrangian Coherent Structures, LCS)在空化流动的研究中受到越来越多的重视。如图1.4是在水翼尾缘和前缘布置追踪粒子的运动历程，粒子追踪方法可以较好地反映空穴的初生-发展-脱落-再生的历程以及空穴内部涡结构之间的相互作用、与主流的卷吸历程。图 1.4 云空化拉格朗日拟序结构(赵宇等, 2015)Peng等[82]采用数值与实验相结合的方式研究了水翼表面的云空化的发展历程，指出了尾缘的逆压梯度驱使产生的回射流和侧向射流是使空泡脱落的主因，脱落空泡与流动相互作用而形成了U形空泡结构。Ji等[83]采用大涡模拟和理论分析方法研究了NACA66水翼表面发生云空化时的瞬态涡演化过程，附着空化发展至片状空化后会使水翼表面的边界层变厚，空泡脱落过程对下游涡的发展有重要影响，验证了一元理论关于空化系统不稳定性结论即水翼表面压力脉动与空泡体积加速度成正比。Ji等[84]基于大涡模拟方法研究了水翼尾流大尺度涡结构与湍流的相互作用过程，采用Q准侧的研究表明大尺度涡随主流卷吸至下游，空化发展程度与
【参考文献】：
期刊论文
[1]离心泵内空泡演化与其对振动的影响[J]. 叶阳辉,朱相源,孙光普,李国君. 农业机械学报. 2017(06)
[2]Large eddy simulation of turbulent attached cavitating flow with special emphasis on large scale structures of the hydrofoil wake and turbulence-cavitation interactions[J]. 季斌,龙云,龙新平,钱忠东,周加建. Journal of Hydrodynamics. 2017(01)
[3]离心泵进口回流诱导的空化特性[J]. 付燕霞,沈陈栋,袁建平,夏水晶. 排灌机械工程学报. 2016(10)
[4]水翼表面布置射流水孔抑制空化[J]. 王巍,羿琦,林茵,徐瑞铎,王晓放. 排灌机械工程学报. 2016(10)
[5]A review of cavitation in hydraulic machinery[J]. 罗先武,季斌,Yoshinobu TSUJIMOTO. Journal of Hydrodynamics. 2016(03)
[6]开缝叶片低比转数离心泵空化性能的数值模拟[J]. 王洋,谢山峰,王维军. 排灌机械工程学报. 2016(03)
[7]基于拉格朗日方法的非定常空化流动研究[J]. 赵宇,王国玉,黄彪,吴钦,王复峰. 工程力学. 2015(09)
[8]绕水翼非定常空化流动的涡动力学分析[J]. 赵宇,王国玉,黄彪,胡常莉,陈广豪,吴钦. 船舶力学. 2015(08)
[9]基于大涡模拟的轴流泵叶顶泄漏涡瞬态特性分析[J]. 张德胜,石磊,陈健,耿琳琳,吴苏青. 农业工程学报. 2015(11)
[10]Numerical simulation unsteady cloud cavitating flow with a filter-based density correction model[J]. 黄彪,王国玉,赵宇. Journal of Hydrodynamics. 2014(01)
博士论文
[1]离心泵失速特性研究[D]. 周佩剑.中国农业大学 2015
[2]涡轮泵及诱导轮流动不稳定性及空化特性研究[D]. 付燕霞.江苏大学 2014
[3]轴流泵失速和空化流动特性及其性能改善研究[D]. 张睿.上海大学 2014
[4]离心泵叶片前缘空化非定常流动机理及动力学特性研究[D]. 李晓俊.江苏大学 2013
[5]离心泵多设计方案下内流PIV测试及其非定常全流场数值模拟[D]. 袁建平.江苏大学 2008
本文编号：3589944
本文链接：https://www.wllwen.com/jixiegongchenglunwen/3589944.html
