空化特性

摘要： 为了研究串联文丘里管的空化特性,采用数值模拟方法,建立文丘里管空化模型与压力损失模型,基于入口压力和水温变化进行单级、多级串联文丘里管内空化效果演变过程的研究;以平均气含率为空化效果表征,得到文丘里管串联级数与空化特性的关系,得到出口锥角与文丘里管的匹配关系,得到单级和多级串联之间空化效果的演变规律。提出了以空化效应的介质(水)的性质——电导率为空化实验表征,验证串联文丘里管的空化特性。实验结果表明:实验压力下(<1 MPa)单级文丘里管水样的电导率大于串联管,随着空化时间的增加水样的电导率增加;电导率可以作为表征空化效果参数之一。为串联文丘里管空化与压力、温度的关系提供指导,为空化效果的实验表征提供新的方法。

摘要： 目的研究水下火炮发射过程中炮口燃气后效及其对高速射弹超空化流场的影响。方法基于CFD软件FLUENT,运用UDF和动网格技术,考虑空化效应,建立水下火炮发射炮口燃气后效多相流数值计算模型。针对1m水深条件下水下火炮发射炮口后效期运动过程进行数值模拟,获得了炮口气泡发展特性、压力脉动规律,分析炮口气泡对高速射弹空泡发展的影响。结果炮口气泡经历了膨胀、收缩、拉断等发展历程,在发展初期能够加速射弹运动。射流中心处的压力特性最为复杂,随着远离射流中心,脉动幅值减小。高速射弹入水初期迅速形成超空泡,随后燃气泡与空泡发展融合,高压燃气进入形成的气汽混合空腔,抑制了空化的发展,运动5倍弹长后,形成闭合空泡。对比火炮水下发射实验验证了仿真模型的准确性,空泡结果与实验一致性较好。结论水下发射炮口流场复杂,影响高速射弹空泡的发展,同时还会使得火炮平台承受高载荷冲击的威胁,需要采取炮口降载措施。

摘要： 利用新提出的Gilmore-NASG模型,在考虑液体可压缩效应的边界条件下,研究了可压缩液体中气泡的声空化特性,并与利用原有KM-Vd W模型计算得到的结果进行了比较.结果表明,相比于KM-Vd W模型,由于Gilmore-NASG模型采用新的状态方程来描述气体、液体以及由可压缩性引起的液体密度变化及声速变化,所以用Gilmore-NASG模型得到的空化气泡的压缩比更大、崩溃深度更深、温度和压力峰值更高.随着驱动声压幅值的增大,两种模型给出的结果差别愈加明显,而随着驱动频率的增大,两种模型给出的结果差别逐渐减小.这表明,在充分考虑泡内气体、周围液体在不同温度和压强下共体积的变化所导致的介质可压缩特性下,气泡内的温度和压强可能达到更高值.同时, Gilmore-NASG模型还预测出了气泡壁处液体的密度变化、压力变化、温度变化以及液体中的声速变化.因此, Gilmore-NASG模型在研究高压状态下气泡的空化特性以及周围液体对气泡空化特性的影响方面具有优点.

摘要： 以孔板空化器为研究对象,推导了球形空泡的运动方程;将气液两相质量传输、流体流入与流出控制容积引起的气含率变化考虑在内,推导出孔板空化器内流体气含率变化方程。以空化模型为依据,通过数值模拟以10^(-5) s时间步长获得孔板通道100 ms内瞬态空化中气泡分布、压力、速度特性。在孔板通道内建立径向截面利用气相体积流率分布进一步证明流体空化状态的稳定性。通过模拟和实验对两种不同通流截面积孔板结构在不同压差下对空化效果的影响进行验证。结果表明,可以以气相体积流率来衡量空化效果,增加孔板通道的数量比改变孔径更能影响空化效果。

摘要： 为研究单机流量为50 m^(3)/s的新型斜轴轴流泵的空化特性,基于轴流泵试验平台,针对斜轴轴流泵开展不同叶片角度条件下的能量特性及内部流动特性分析,总结了该类泵空化现象的发生规律,确定了合理的设计参数与运行参数。结果表明:叶片角度及扬程与水泵空化性能密切相关,在高扬程或超低扬程运行时,水泵空化性能较差,易产生空化;可通过变桨技术,减小水泵叶片角度,从而改善空化性能,获取更优的运行稳定性。

摘要： 为了研究离心式消防泵外特性、内流特性及空化特性,基于RNG k-ε湍流模型对某一比转数为24.7的离心式消防泵不同工况下的内部非定常流动进行数值模拟.结果表明:在关死点工况下,离心式消防泵叶轮内部产生大量的失速旋涡,尤其在叶轮出口位置出现面积较大且极高湍动能的涡核分布,严重影响流道的通流能力,且造成较大的能量损失;随着流量增大,流道内的旋涡逐渐消失,流场趋于稳定,涡核分布基本保持稳定且对称;随着流量持续增大,离心式消防泵轴向力逐渐增大,在极小流量和极大流量工况下的轴向力波动相对较强;随着流量增大,径向力逐渐降低,且不同工况下径向力的矢量分布均呈现六齿形分布;随着流量的增大,离心式消防泵扬程特性曲线受空化的影响更加明显,随扬程曲线开始下降时的NPSHR也逐渐增大,但下降速度相对较慢.

摘要： 为了研究离心泵空化抑制策略,改善离心泵的空化特性,该研究基于仿生学中的座头鲸鲸鳍“结节效应”提出了一种仿生离心泵模型。对原型泵和仿生模型的瞬态空化流进行了数值模拟,并使用水力性能和空化性能试验对算法进行验证,分析了原型泵和仿生模型的外特性和空化特性,以及叶轮流道内空泡发展、压力脉动、涡量场、压力分布、湍动能分布情况。结果表明:数值模拟结果与试验结果吻合较好,仿生结构对原型泵水力性能影响较小,扬程变化范围为:-0.73%~0.77%,效率变化范围为:-1.74%~2.52%;仿生模型有效抑制了空泡发展,减少了空泡体积,在空化初生阶段抑制效果最好,平均空泡体积分数减少99.72%,仿生模型较原型泵的空化特性得到改善,提高了原型泵的水力性能;仿生模型降低了离心泵内多个位置的压力脉动主频幅值;仿生结构处产生的对漩涡会改变叶轮涡量场,使叶轮进口低压区减少的同时降低了叶轮流道内的湍动能,达到抑制空化发生和限制空化发展的作用。仿生模型可以有效地抑制离心泵空化的发生,改善离心泵的空化性能。

摘要： 二维阀将先导级和功率级集成在一个阀芯上,易于实现阀的快速工作和高频响应,具有结构简单、性能稳定、功重比大等优点。其先导级节流口引发的空化现象,是致二维阀压力脉动、振动和噪声的重要原因。通过数值计算,对阀口一个启闭周期内流场的空化特性和压力脉动进行分析可知:二维阀先导级流场中,节流口下游一侧的阀套斜槽区是空化发生的主要区域;阀口闭合一侧节流口处的速度最大值(108 m/s)高于开启侧节流口处的速度最大值(97.8 m/s),且高速持续时间长了0.2 s;阀口开启时程的空化程度严重,受此影响,闭合时程的空化区域面积较大;二维阀先导级流场的空化会引起压力脉动,近壁面压力脉动集中在50 Hz以内,阀套斜槽内的压力脉动呈宽频特性。

摘要： 为了研究轴流泵空化问题,利用CFX软件二次开发技术对湍流模型进行了修正,通过编写CCL语言实现了PANS模型中参数f_(k)的动态定义,使其可以瞬时地根据当地网格条件和湍流长度尺度修改其值;利用修正后的湍流模型对轴流泵全流道进行空化数值计算,得出临界汽蚀余量为5.37 m,经试验可知,实际临界汽蚀余量为5.68 m,两者误差是由试验条件及试验系统引起的,且在合理范围内,并通过拍摄空泡图验证了该湍流模型在轴流泵空化计算中的可靠性.分析数值计算结果,得出了不同工况下轴流泵的空化特性,随着汽蚀余量的减小,轴流泵叶轮内空泡体积分数变大,涡量变大,叶片表面压力和流速在空泡产生和溃灭的位置处发生相应波动;随着流量的增大,轴流泵临界汽蚀余量减小,空泡分布的整体量变大,叶轮内部湍动能值变大,湍流耗散变严重,这与空化的发生和溃灭有直接关系.

摘要： 沙河抽水蓄能电站投入运行多年,在机组检修期间发现两台水泵水轮机转轮存在空蚀缺陷.为了彻底解决此问题,文中基于对空化发生原因的分析,通过数值模拟对转轮进行了优化设计,并对优化后的转轮开展了模型试验.数值模拟结果表明,优化后的转轮压力脉动较小,效率水平较高,叶片表面压力分布均匀,最低压力分布合理,电站汽蚀余量NPSH p大于转轮初生汽蚀余量NPSH i;模型试验结果表明,在电站正常运行条件下,临界空化系数、初生空化系数均小于电站空化系数.优化后的转轮适合沙河电站改造特点、综合性能优良、空化特性优异,可保证机组长期安全无空化运行、降低检修和管理成本、提高电站经济效益.

摘要： 针对三峡电站排沙洞设计体型,通过减压模型试验研究了其空化特性.成果表明:支洞弯段易出现负压,支、总洞交汇区因水流剪切,水力特性较为复杂,上述体型有空化空蚀之虞.在双洞和三洞开启方式条件下,因水流流速不大,压力较高,上述部位尚未出现蒸汽型空化,不会发生空蚀破坏.在单洞开启方式条件下,水流流速增高及压力降低的幅度很大,存在非常强烈的空化现象,该运行方式不可取.原型三洞开启过流的成果与模型试验成果一致,支洞弯段以及支、总洞交汇区未出现明显空化.

摘要： 为了研究叶片进口边穿孔后离心泵不稳定空化特性,以某低比转速离心泵为研究对象,基于SST k-ω湍流模型和Zwart空化模型,研究了叶片进口边穿孔前后叶轮内的流动特性及压力脉动特性.研究发现,对于低比转速离心泵而言,叶片穿孔后,低压区的分布范围较原型的分布范围小,压力梯度变化较原型的快;在空化条件下穿孔叶片叶轮总的湍动能比原型叶轮的小;在一个旋转周期内所应的每个时间点上,穿孔叶片所产生的汽泡分布区域比原型叶轮的小;穿孔叶片可以有效的减少由空化所产生的振动、噪声.

摘要： 为研究水泵水轮机在水泵工况运行时的空化特性及转轮受力情况,以某一抽水蓄能电站水泵水轮机模型为研究对象,基于Zwart空化、SST k-ω湍流和气液两相模型,进行不同空化数下全流道三维非定常数值模拟,将数值模拟结果与试验结果进行对比验证,探讨了转轮及活动导叶中间流面湍动能分布、叶片上的气泡体积分布和载荷分布并定量分析了转轮受到的力.结果表明:数值分析结果成功捕获空化具体发展过程;随着进口总压的降低,转轮出口的湍动能逐渐增加,空泡首先在叶片吸力面靠近前缘处产生,然后沿流线向出口方向和叶片压力面扩展;由于动静干涉及蜗壳形状的不对称性,转轮受到径向力变化的周期性和对称性逐步被破坏,揭示了低空化数下水泵水轮机水泵工况运行性能变差的主要原因.

摘要： 本文以海水轴向柱塞马达为研究对象,对其空化机理进行了研究,并应用PumpLinx软件建立了海水介质的马达内部流场动态CFD数值模型,分析了马达内部空化特性,并获得了马达腔内压力、空化随时间的分布情况,仿真发现空化较为严重的区域是高压过渡区的配流盘靠近上死点一侧和低压过渡区时靠近低压一侧的柱塞上,且配流区域的空化更为显著.

摘要： 回流旋涡空化一般发生在叶片的进口,它的发生使得空化变得不稳定,甚至可能会导致空化喘振.对回流旋涡空化的研究具有重要的意义.为了研究离心泵进口回流的空化特性,本文采用CFX软件对一低比转速离心泵内部流动进行定常数值模型.结果表明:进水管中回流区域的流体总压最高,并且在不同截面处于不同的位置;泵内出现了三种不同形式的空化特性曲线;回流旋涡的出现使得叶片的进口截面出现了类似月牙形的空泡分布;回流旋涡空化的发生位置位于蜗壳隔舌附近.

摘要： 水力机械内部发生的空化是一种包含相交过程的复杂旋转湍流流动现象,空泡的发展、脉动、断裂以及溃灭所引起的流体动力是导致空蚀、振动和噪声,进而影响水力机械安全稳定运行的关键因素.针对水力机械的空化及其抑制问题,项目组经过多年的研究,发展了系统的空化流动实验技术,建立了水力机械内部非定常空化流动精确数值计算方法;揭示了非定常空穴形成和发展机理;掌握了空化发展与流体动力以及水力机械能量特性的关系;建立了水力机械的优化设计方法,提出了抑制水力机械空化的对策.

摘要： 深海采矿矿浆泵作为深海采矿水力提升装备的关键部分，其性能的好坏直接决定了装备的效率。针对深海采矿矿浆泵空化现象,探究转速对泵空化的影响规律,基于固液气三相流理论知识,通过欧拉多相流模型、Schnerr and Sauer空化模型、RNG k-ε湍流模型,分别对不同转速下的矿浆泵进行稳态全流道空化仿真,分析压力场、速度场及空泡体积分布,并进行实验验证.研究结论表明:矿浆泵首级叶轮叶片入口处出现负压区,是空化现象的主要发生位置,随着流线方向压力逐渐上升,空泡消失;转速从960r/min增加至2000r/min的过程中,低压区面积迅速扩展,空泡也从无到大面积分布,空化现象剧烈,扰乱了泵内流场的稳定性,增加了能量的损耗,使泵的效率下降到30％,因泵转速提高流体在高动能下扬程上升至90.89m.

摘要： 为了研究叶顶泄漏涡的三维结构及其空化特性,以某一轴流泵模型为研究对象,利用修正的滤波器模型(Modified Filter-based Model,MFBM)对轴流泵叶顶间隙流动进行数值模拟,并与试验进行对比.结果表明修正后的湍流模型可以很好地预测泵的水力性能和空化性能.通过轴向速度和湍动能分布,详细地解释了不同工况下叶顶间隙内的流场结构.利用最小张量法则,可以判别叶顶区的空化初生现象,且结果与利用最大旋涡准则预测的涡心涡量和压力分布相一致.通过叶顶区的三维涡量分布,揭示了叶顶泄漏涡的三维卷吸过程,表明了叶顶泄漏涡的空间结构.利用数值模拟和可视化试验,说明了叶顶空化涡的类型及其演变过程,尤其是叶片出口处几乎垂直于叶片吸力面的大尺度空化云结构,其初生机理及其诱导的流动失稳等现象将是今后研究的重点.

摘要： 为了研究低比转速离心泵的空化流动特性,基于SST k-ω湍流模型和ZGB空化模型,在不同进口压力条件下,对离心泵内部空化流动进行三维非定常数值模拟.研究了离心泵在发生空化时不同位置的压力脉动规律和空泡体积变化规律.结果表明:随着空化的发展,叶轮压力脉动主频为叶频,流道进口处次频脉动幅值增长明显;随着进口压力的降低,空化时叶轮流道靠近叶轮出口处的压力脉动幅值增长率与叶轮流道进口压力脉动幅值相比较,增长明显;空化时叶轮流道进口处的压力脉动与叶轮流道、出口及隔舌处压力脉动存在交错现象;随着空化的发展,汽泡体积的增长过程是非线性的.

摘要： 为了研究低比转速离心泵的空化流动特性,基于SST k-ω湍流模型和ZGB空化模型,在不同进口压力条件下,对离心泵内部空化流动进行三维非定常数值模拟.研究了离心泵在发生空化时不同位置的压力脉动规律和空泡体积变化规律.结果表明:随着空化的发展,叶轮压力脉动主频为叶频,流道进口处次频脉动幅值增长明显;随着进口压力的降低,空化时叶轮流道靠近叶轮出口处的压力脉动幅值增长率与叶轮流道进口压力脉动幅值相比较,增长明显;空化时叶轮流道进口处的压力脉动与叶轮流道、出口及隔舌处压力脉动存在交错现象;随着空化的发展,汽泡体积的增长过程是非线性的.

摘要： 本发明提供一种围压环境下射流空化及振荡特性检测装置、及其检测方法，该装置包括：本体、喷嘴、四个视镜及靶盘组件，本体包括六个侧面，内部为检测容腔，上下前后侧面设有可视口，左、右侧面设左、右侧贯通孔；喷嘴设于左侧贯通孔；三视镜分别设于上下前侧面；在第一状态，另一视镜设于后侧面；靶盘组件设于右侧贯通孔内，靶盘组件包括靶盘和试样，靶盘伸入检测容腔内的一端固定有试样；在第二状态，另一视镜安装于右侧贯通孔处；靶盘组件安装于后侧面，靶盘组件包括靶盘固定底座、靶盘臂和透明试样，靶盘臂的一端固定在靶盘固定底座上，另一端固定有透明试样且向检测容腔内延伸。该装置可实现射流空化及振荡特性的侧向及轴向可视化检测。

摘要： 本发明公开一种通过外特性指标确定转轮叶片空化气泡分离点的方法，根据水力机械转轮叶片发生空化气泡分离前水力机械模型尾水锥管处能量波动信号基本不随空化系数的变化而变化到发生空化气泡分离后水力机械模型尾水锥管处能量波动信号呈现出随空化系数的降低而急剧升高的特点，对水力机械模型尾水锥管处能量波动信号进行数理统计分析，通过计算水力机械模型尾水锥管处能量波动信号随机不确定度的方法评价不同空化系数下水力机械模型尾水锥管处能量波动信号序列的离散度变化并加之以水力机械模型尾水锥管处能量波动的单调性变化，利用本发明给出的对应判据就可以判定水力机械转轮叶片空化气泡分离现象的发生与否，进而为预测转轮叶片寿命提供依据。

摘要： 本发明提供一种空化射流特性同步检测系统及检测方法，该系统中水箱、供水管路、测试腔和回水管路串联形成闭合检测水路；可视化的测试腔内设有空化喷嘴、靶盘和水听器；第一压力传感器位于空化喷嘴的进水口，第二压力传感器位于测试腔的排水口旁；摄像机与光源位于测试腔四周；供水管路设第一调控组件；回水管路设第二调控组件；控制器控制水泵和第一、第二调控组件；数据采集器与第一调控组件、摄像机、水听器及第一、第二压力传感器连接；计算机与数据采集器连接，用于数据采集器的信息分析，以检测射流压力振荡、空化噪声、空化射流形态及流场动力学特性。该系统及方法可实现围压下空化射流压力振荡、噪声、形态及流场动力学特性实时同步检测。

摘要： 本发明一种改善表面空化流动特性的特殊构型叶片，属于水力机械的设计与制造技术领域。本设计直接通过利用叶片吸力面凹坑影响回射流和压力分布来抑制空化，形成满足空化抑制需求的又不影响叶片水动力性能的构型。本发明能够达到延迟空化发生和抑制回射流，达到减小空化对水力机械性能影响的效果。

摘要： 本发明提供一种调节阀流量特性实验空化识别方法、实验方法及实验装置，属于调节阀流量特性实验技术领域。空化识别方法，包括以下步骤：建立参照数据集，获取检测数据，空化判断，比对检测数据与参照数据集，判断调节阀是否空化。实验方法，包括以下步骤：预设判断阈值，调整预设压力边界条件，根据判断阈值确定临界压力边界条件对调节阀进行流量特性测试。实验方法，调节阀进行流量特性测试，采用上述的空化识别方法对调节阀是否空化进行识别。实验装置，包括阀门流量特性测试平台、声级计和加速度传感器，以及信号采集处理模块。本发明能够对调节阀是否空化进行识别，避免受到空化影响后实验失败提高实验效率，降低实验成本。

摘要： 本发明提供一种围压环境下射流空化及振荡特性检测装置、及其检测方法，该装置包括：本体、喷嘴、四个视镜及靶盘组件，本体包括六个侧面，内部为检测容腔，上下前后侧面设有可视口，左、右侧面设左、右侧贯通孔；喷嘴设于左侧贯通孔；三视镜分别设于上下前侧面；在第一状态，另一视镜设于后侧面；靶盘组件设于右侧贯通孔内，靶盘组件包括靶盘和试样，靶盘伸入检测容腔内的一端固定有试样；在第二状态，另一视镜安装于右侧贯通孔处；靶盘组件安装于后侧面，靶盘组件包括靶盘固定底座、靶盘臂和透明试样，靶盘臂的一端固定在靶盘固定底座上，另一端固定有透明试样且向检测容腔内延伸。该装置可实现射流空化及振荡特性的侧向及轴向可视化检测。

摘要： 本发明提供一种空化射流特性同步检测系统及检测方法，该系统中水箱、供水管路、测试腔和回水管路串联形成闭合检测水路；可视化的测试腔内设有空化喷嘴、靶盘和水听器；第一压力传感器位于空化喷嘴的进水口，第二压力传感器位于测试腔的排水口旁；摄像机与光源位于测试腔四周；供水管路设第一调控组件；回水管路设第二调控组件；控制器控制水泵和第一、第二调控组件；数据采集器与第一调控组件、摄像机、水听器及第一、第二压力传感器连接；计算机与数据采集器连接，用于数据采集器的信息分析，以检测射流压力振荡、空化噪声、空化射流形态及流场动力学特性。该系统及方法可实现围压下空化射流压力振荡、噪声、形态及流场动力学特性实时同步检测。

摘要： 本发明公开一种通过外特性指标确定转轮叶片空化气泡分离点的方法，根据水力机械转轮叶片发生空化气泡分离前水力机械模型尾水锥管处能量波动信号基本不随空化系数的变化而变化到发生空化气泡分离后水力机械模型尾水锥管处能量波动信号呈现出随空化系数的降低而急剧升高的特点，对水力机械模型尾水锥管处能量波动信号进行数理统计分析，通过计算水力机械模型尾水锥管处能量波动信号随机不确定度的方法评价不同空化系数下水力机械模型尾水锥管处能量波动信号序列的离散度变化并加之以水力机械模型尾水锥管处能量波动的单调性变化，利用本发明给出的对应判据就可以判定水力机械转轮叶片空化气泡分离现象的发生与否，进而为预测转轮叶片寿命提供依据。

摘要： 本实用新型涉及一种用于空化演示及测试材料空蚀特性的装置，包括基座和设置在该基座上的装有液体的容器，所述容器内放置有待测试片，所述基座上设有可对所述容器进行加热的加热器，所述容器上设有振动加速度传感器和声发射传感器，所述振动加速度传感器和声发射传感将感应的信号分别传送至计算机，计算机将信号转换为数据后与预设的发生空蚀现象的传动泵的数据进行对比，并通过对比结果判断传动泵的空蚀现象。本实用新型避免了其它的声源和振动源造成的干扰，直观、简便、节能环保，所有数据可实时显示，适合于课堂教学。

摘要： 本实用新型提供一种空化射流特性同步检测系统，该系统中水箱、供水管路、测试腔和回水管路串联形成闭合检测水路；可视化的测试腔内设有空化喷嘴、靶盘和水听器；第一压力传感器位于空化喷嘴的进水口，第二压力传感器位于测试腔的排水口旁；摄像机与光源位于测试腔四周；供水管路设第一调控组件；回水管路设第二调控组件；控制器控制水泵和第一、第二调控组件；数据采集器与第一调控组件、摄像机、水听器及第一、第二压力传感器连接；计算机与数据采集器连接，用于数据采集器的信息分析分析，以检测射流压力振荡、空化噪声、空化射流形态及流场动力学特性。该系统可实现围压下空化射流压力振荡、噪声、形态及流场动力学特性实时同步检测。