三维水翼叶顶间隙流动特性分析与控制研究
发布时间：2020-12-27 04:34
轴流式水力机械由于叶轮转子与外缘边壁之间存在间隙,因此不可避免的产生间漏这会降低机组的效率与稳定性,同时会引起压力脉动与空化。由于轴流式水力机械流场结构的复杂性，木文从简单的三维水翼出发展开叶顶间隙流动特性与间隙泄漏控制的数值模拟研究。主要内容包括:（1）比较了不同湍流模型下叶顶间隙泄漏流动的数值计算结果,并与实验进行了对比,发现经过曲率修正的SST-CC模型在间隙泄漏涡的长度预测上具有一定优势,―与实验结果吻合更好。讨论了个同涡识别准则下的涡核位置与三维结构,其中Q准则与λ2准则具有一致性,能够较好的捕捉间隙流动的涡结构。（2）对不同几何形状与工况下的间隙泄漏流场进行分析,发现主要存在泄漏涡、分离涡与诱导涡等涡结构,但在不同的间隙流场中存在一定差异。其中直角翼型较圆角翼型具有更为明显的分离涡结构,特别是在大间隙下堵塞效应更强,泄漏理较低。同样,不同间隙宽度下的间隙涡结构也有所不同,并存在—间隙宽度使得泄漏涡强度最大,空化发生的可能性最高。另外,翼型攻角是引起翼型正背面压差变化的重要因素,泄漏涡发展轨迹与强度也随之改变,并存在一合适的攻角使得升阻比最大。在不同流速下的间隙泄漏量与入口流...
【文章来源】：西安理工大学陕西省
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
泄漏涡和通道涡的烟雾可视化
结果表明随着间隙宽度的增大，相同流量下的叶片负荷位置位于吸力面上方但向上卷起的位置向弦长方向移动，同时湍动能其大间隙下的峰值出现在泄漏涡涡核附近、边界层以及剪切层中【24】。 等采用快响应五孔皮托管和半导体压力传感器对混流泵叶轮上下游的非定常流动进行了测量，发现叶轮叶尖处的流动分离、进口回流与呈现正斜率的主要原因【25】。Wu Huixuan 等借助不同分辨率下的粒子明喷水推进泵转子区域的流动结构进行测量与观测，主要包括叶顶的卷起过程，其中发现间隙泄漏流是以壁面射流形式出现，剪切层出被卷入 TLV 并在通道内发展;同时也揭示了叶顶间隙流动中的不均匀26】。李忠等为了观测轴流泵在最优工况下的叶顶间隙处空化发生与演计采用有机玻璃材质，并通过高速摄影技术进行拍摄【27】。同时为了探的速度与压力分布规律，采用球形五孔探针进行测量，对轴流泵的优考意义【28】。最近，Tan 等对具有透明丙烯酸转子的轴流式喷水推进泵究，并借助压力与性能对比揭示了空化的发生机理。其中转子叶片吸泄漏涡结构与叶片后缘形成的附着型空化是造成叶片断裂的主要原因
图 1-3 水翼表面的挡流条【57】图 1-4 不同形式的叶尖结构【62】【63】Fig. 1-3 Flow Bar on Hydrofoil Surface【57】Fig. 1-4 Different forms of tip structure【62】【63】.4 本文主要研究内容由于轴流式水力机械结构的复杂性以及流场分析难度较大，现基于三维水翼分析场的流动特性并展开间隙泄漏控制方法研究，主要研究内容如下：（1）在三维水翼中，采用SST模型、经过旋转与曲率修正的SST-CC模型与分离涡（型三种湍流模型进行数值模拟比较，确定出最优的湍流模型。另外，对比不同的涡法对间隙泄漏涡的适用性，并分析间隙泄漏流场特性与间隙涡结构；利用涡量输运映涡旋运动与空化之间的相互作用。（2）通过对实验翼型进行变化，分析不同翼型形状（直角翼型与圆角翼型）、间、攻角等几何因素对间隙流场的影响；同时对比不同流速下的间隙流场与主要的涡（3）针对直角翼型，通过在间隙叶尖处刻槽的方式进行间隙泄漏控制。对比不形状（矩形、C 形槽）、不同凹槽结构（凹槽位置、后缘倾斜角度、深度、宽度等改型前后定性分析与定量对比，寻找控制效果最好的刻槽方式。
【参考文献】：
期刊论文
[1]轴流泵叶顶泄漏涡流体动力学特性数值模拟[J]. 张德胜,邵佩佩,施卫东,潘大志,王海宇. 农业机械学报. 2014 (03)
[2]轴流泵叶轮叶顶区空化流的数值模拟与实验研究[J]. 张德胜,石磊,施卫东,潘大志. 水利学报. 2014(03)
[3]叶顶间隙对轴流泵轮缘泄漏流动影响的大涡模拟[J]. 黎耀军,沈金峰,严海军,张志民. 水利学报. 2014(02)
[4]轴流泵小流量工况条件下叶顶泄漏空化特性[J]. 张德胜,吴苏青,施卫东,潘大志,王海宇,李通通. 农业工程学报. 2013(22)
[5]轴流泵叶顶区的空化流场与叶片载荷分布特性[J]. 张德胜,潘大志,施卫东,邵佩佩,王海宇,李通通. 化工学报. 2014(02)
[6]轮缘间隙对轴流泵内部非定常流场的影响[J]. 黎耀军,沈金峰,洪益平,唐学林,张志民. 排灌机械工程学报. 2013(08)
[7]轴流泵叶轮区域空化特性数值模拟[J]. 施卫东,李通通,张德胜,王国涛,周岭. 农业工程学报. 2012(13)
[8]水翼表面粗糙带对空化抑制效果的数值研究[J]. 戴月进,张媛媛,黄典贵. 工程热物理学报. 2012(05)
[9]轴流式水轮机间隙空化与翼型空化差别浅谈[J]. 覃大清,韩秀丽,刘斌,刘万江,魏显著. 大电机技术. 2012(02)
[10]泵空化流数值计算研究现状及展望[J]. 刘厚林,刘东喜,王勇,杜辉,徐欢. 流体机械. 2011(09)
博士论文
[1]叶顶间隙泄漏涡流及空化流场特性研究[D]. 郭嫱.中国农业大学 2017
硕士论文
[1]空腔流动机理分析及被动流动控制技术研究[D]. 王传洲.大连理工大学 2013
本文编号：2941112
【文章来源】：西安理工大学陕西省
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
泄漏涡和通道涡的烟雾可视化
结果表明随着间隙宽度的增大，相同流量下的叶片负荷位置位于吸力面上方但向上卷起的位置向弦长方向移动，同时湍动能其大间隙下的峰值出现在泄漏涡涡核附近、边界层以及剪切层中【24】。 等采用快响应五孔皮托管和半导体压力传感器对混流泵叶轮上下游的非定常流动进行了测量，发现叶轮叶尖处的流动分离、进口回流与呈现正斜率的主要原因【25】。Wu Huixuan 等借助不同分辨率下的粒子明喷水推进泵转子区域的流动结构进行测量与观测，主要包括叶顶的卷起过程，其中发现间隙泄漏流是以壁面射流形式出现，剪切层出被卷入 TLV 并在通道内发展;同时也揭示了叶顶间隙流动中的不均匀26】。李忠等为了观测轴流泵在最优工况下的叶顶间隙处空化发生与演计采用有机玻璃材质，并通过高速摄影技术进行拍摄【27】。同时为了探的速度与压力分布规律，采用球形五孔探针进行测量，对轴流泵的优考意义【28】。最近，Tan 等对具有透明丙烯酸转子的轴流式喷水推进泵究，并借助压力与性能对比揭示了空化的发生机理。其中转子叶片吸泄漏涡结构与叶片后缘形成的附着型空化是造成叶片断裂的主要原因
图 1-3 水翼表面的挡流条【57】图 1-4 不同形式的叶尖结构【62】【63】Fig. 1-3 Flow Bar on Hydrofoil Surface【57】Fig. 1-4 Different forms of tip structure【62】【63】.4 本文主要研究内容由于轴流式水力机械结构的复杂性以及流场分析难度较大，现基于三维水翼分析场的流动特性并展开间隙泄漏控制方法研究，主要研究内容如下：（1）在三维水翼中，采用SST模型、经过旋转与曲率修正的SST-CC模型与分离涡（型三种湍流模型进行数值模拟比较，确定出最优的湍流模型。另外，对比不同的涡法对间隙泄漏涡的适用性，并分析间隙泄漏流场特性与间隙涡结构；利用涡量输运映涡旋运动与空化之间的相互作用。（2）通过对实验翼型进行变化，分析不同翼型形状（直角翼型与圆角翼型）、间、攻角等几何因素对间隙流场的影响；同时对比不同流速下的间隙流场与主要的涡（3）针对直角翼型，通过在间隙叶尖处刻槽的方式进行间隙泄漏控制。对比不形状（矩形、C 形槽）、不同凹槽结构（凹槽位置、后缘倾斜角度、深度、宽度等改型前后定性分析与定量对比，寻找控制效果最好的刻槽方式。
【参考文献】：
期刊论文
[1]轴流泵叶顶泄漏涡流体动力学特性数值模拟[J]. 张德胜,邵佩佩,施卫东,潘大志,王海宇. 农业机械学报. 2014 (03)
[2]轴流泵叶轮叶顶区空化流的数值模拟与实验研究[J]. 张德胜,石磊,施卫东,潘大志. 水利学报. 2014(03)
[3]叶顶间隙对轴流泵轮缘泄漏流动影响的大涡模拟[J]. 黎耀军,沈金峰,严海军,张志民. 水利学报. 2014(02)
[4]轴流泵小流量工况条件下叶顶泄漏空化特性[J]. 张德胜,吴苏青,施卫东,潘大志,王海宇,李通通. 农业工程学报. 2013(22)
[5]轴流泵叶顶区的空化流场与叶片载荷分布特性[J]. 张德胜,潘大志,施卫东,邵佩佩,王海宇,李通通. 化工学报. 2014(02)
[6]轮缘间隙对轴流泵内部非定常流场的影响[J]. 黎耀军,沈金峰,洪益平,唐学林,张志民. 排灌机械工程学报. 2013(08)
[7]轴流泵叶轮区域空化特性数值模拟[J]. 施卫东,李通通,张德胜,王国涛,周岭. 农业工程学报. 2012(13)
[8]水翼表面粗糙带对空化抑制效果的数值研究[J]. 戴月进,张媛媛,黄典贵. 工程热物理学报. 2012(05)
[9]轴流式水轮机间隙空化与翼型空化差别浅谈[J]. 覃大清,韩秀丽,刘斌,刘万江,魏显著. 大电机技术. 2012(02)
[10]泵空化流数值计算研究现状及展望[J]. 刘厚林,刘东喜,王勇,杜辉,徐欢. 流体机械. 2011(09)
博士论文
[1]叶顶间隙泄漏涡流及空化流场特性研究[D]. 郭嫱.中国农业大学 2017
硕士论文
[1]空腔流动机理分析及被动流动控制技术研究[D]. 王传洲.大连理工大学 2013
本文编号：2941112
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/shuiwenshuili/2941112.html
