江苏省自然科学基金(BK2011503)
- 作品数：24 被引量：391H指数：15
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- 特种涡轮驱动混流泵瞬态空化特性被引量：7
- 2014年
- 为了研究水泵液压系统瞬态特性，建立了水泵液压系统运动物速度和泵转速的瞬态数学模型，分析了涡轮泵启动瞬态过程中0．73，0．90和1．00s三个典型时刻运动物速度与加速度、泵流量及其空化特性．数值模拟结果表明：不同NPSH工况叶片表面空泡分布规律一致，在叶片弦跨度0．7～1．0区域，空泡体积分数向轮缘方向迅速增大，在轮缘区达到最大值；在运动物出舱工况下，当装置空化余量为14．23 m时，轮缘圆周面上平均空穴面积达到33％左右，空泡堵塞了叶片流道，导致泵扬程下降了约61％，满足不了水泵液压系统运动物的加速度要求．模型泵试验结果表明：水泵液压系统涡轮泵启动后，泵转速近似线性加速，泵的必需空化余量值随之迅速增大，在运动物出舱时涡轮泵转速、流量和必需空化余量均达到最大值，为了避免涡轮泵叶轮空化诱导运动物出舱失败，应规定水泵液压系统最小潜水深度．
- 张德胜施卫东郎涛张华
- 关键词：涡轮泵瞬态性能空化
- 叶片数对高比转数轴流泵空化特性的影响被引量：29
- 2013年
- 基于shear stress transport(SST)k-ω湍流模型和Zwart空化模型,针对某一高比转数轴流泵模型,对叶片数分别为3、4和5的3组叶轮方案,分别进行了空化流场模拟和实验,计算了不同叶片数下的流量-扬程曲线、流量-效率曲线和空化性能曲线,得到了3组叶轮的临界空化余量NPSHc分别为6.19 m、5.122 m和4.765 m。与叶片数为3的叶轮方案对比,另外2组叶片数方案的NPSH值分别降低了17.25%和23.02%。在空化充分发展的工况范围,发现叶片数多的叶轮的扬程对NPSH降低较敏感;针对轴流泵叶片背面的固定空化和叶顶间隙的旋涡空化,用空泡分布来表征空化的程度,分析了其在不同空化余量下空泡分布的变化规律。通过对比得到,相同NPSH下,叶片数Z=5的叶轮,叶片背面空泡分布体积较少,即空化的程度较低;但其空化严重区的空泡体积增幅较大,即空化发展的速度较快;叶顶区域的叶顶涡诱导的低压区随叶片数减少,范围逐渐向上游扩大,轮缘的空泡体积也随之增大,叶顶泄漏空化更加严重。即叶片数对不同类型空化情况,以及相同类型的不同程度的空化情况影响不同。
- 施卫东吴苏青张德胜姚捷张光建
- 关键词：轴流泵空化
- 轴流泵叶顶区的空化流场与叶片载荷分布特性被引量：14
- 2014年
- 针对轴流泵叶顶区空化流气液混合区域密度变化,以SST k-ω湍流模型为基础,对湍流黏度项进行了修正。基于输运方程的完全空化模型对轴流泵NPSH曲线、空化特性及其叶片载荷进行了数值模拟和分析,并与实验结果进行了对比。研究结果表明,修正的SST k-ω湍流模型和空化模型较准确地预测了叶顶区空化流,临界空化数预测误差为7.79%。通过高速摄影实验观测到轴流泵的初生空化为刮起涡空化、间隙附着空化和涡带区空化,空化区域也随着空化数的降低而不断扩大,直至在叶片后缘脱落和爆破,爆破位置也不断向叶片中部移动;叶片吸力面的低压区主要集中在叶顶翼型间隔角为-13°^+13°的区域;在叶轮叶顶间隙的3%区域,随着半径系数增大,叶片压力面压力逐渐减小,叶片载荷不断降低,且越接近间隙边缘,叶片载荷降低越明显,从机理上找到了空化诱导轴流泵性能下降的原因。
- 张德胜潘大志施卫东邵佩佩王海宇李通通
- 关键词：轴流泵空化数值模拟高速摄影
- 轴流泵小流量工况条件下叶顶泄漏空化特性被引量：20
- 2013年
- 为了研究轴流泵小流量工况下叶顶泄漏涡的空化问题,该文以TJ04-ZL-02轴流泵水力模型为研究对象,基于修正的空化模型和SST k-ω湍流模型,分析了叶顶间隙泄漏涡的空化特性。数值计算结果表明,叶顶间隙内泄漏流在工作面拐角处产生分离涡空化,其与叶顶泄漏涡空化共同构成轴流泵的初生空化;在同一空化数下,不同叶片弦长系数的截面空化情况不同,随着弦长系数的增加,叶顶泄漏涡的空化区域和空泡体积分数逐渐增大。随着空化数减小,叶顶泄漏涡的卷吸区也出现空泡团,并与涡带连成一片形成空泡云。在小流量工况下,叶顶区工作面和背面压差较大,间隙轴向速度均出现矢量负值。高速摄影试验结果表明,在小流量工况下,随着空化数的降低,空化现象率先出现间隙内部,接着空化程度不断增加,泄漏涡导致的空泡急剧增加,形成的空泡云在叶片尾部区域发生爆破。当空化数为σ=0.187-0.232时,空泡布满了叶片背面,且叶顶区的空泡在轴向厚度增大,且在叶片后缘出现了明显的空泡脱落现象。
- 张德胜吴苏青施卫东潘大志王海宇李通通
- 关键词：轴流空化小流量工况高速摄影
- 不同叶顶间隙对轴流泵空化性能及流场的影响被引量：24
- 2013年
- 通过对南水北调工程等比例缩放模型泵进行全流道数值分析和试验研究,对模型泵在3个典型流量工况下的空化计算进行适应性研究,探究叶轮区域的空化发展特性,并对不同叶顶间隙δ(0.5,1.5和3.0mm)下的轴流泵空化特性进行对比分析,比较叶顶间隙大小对轴流泵空化性能和流场的影响.结果表明:随着空化数的降低,空化首先在叶片进口边间隙区附近发生,逐渐往叶片出口边扩大,同时沿径向往叶片背面扩大最终覆盖整个叶片,引起叶片出口靠近叶顶间隙10%区域的轴向速度逐渐降低;随着叶顶间隙的增大,模型泵的临界空化数增大,叶片轮缘处空化逐渐严重且由叶片前端往尾部移动,叶片出口轴向速度低速区主要集中在靠近间隙10%区域处,揭示了这一过程不同叶顶间隙轴流泵内部空化特性.
- 施卫东李通通张德胜李辉
- 关键词：轴流泵叶顶间隙流场结构空化特性
- 入口非均匀流对轴流泵性能和压力脉动的影响被引量：27
- 2014年
- 为研究入流条件对轴流泵的影响,建立了2种不同类型的非均匀速度入口分布,分别与均匀入流进行比较,得到非均匀入口边界条件对轴流泵影响的数值计算结果.将均匀入流下的数值模拟结果与试验值进行对比,验证了数值模型的可信性.在0.7Q^1.2Q工况范围内,对轴流泵的扬程、效率和径向力等曲线进行了对比分析,得出受入口速度非均匀性影响、轴流泵性能和径向载荷的变化结果.最后,在定常模拟的基础上,对设计工况下叶轮入口、叶轮出口和导叶出口处的压力脉动进行了监测,得到了2种非均匀入流条件对轴流泵3个典型位置处压力脉动的影响情况.结果表明,通过控制进口入流情况,可以使文中所研究的轴流泵的水动力性能好于轴向均匀入流时的水动力性能.
- 施卫东张光建张德胜吴苏青徐焰栋
- 关键词：轴流泵压力脉动数值模拟
- 轴流泵叶轮出口轴面速度和环量的试验研究被引量：9
- 2012年
- 为了研究系列高效轴流泵叶轮出口轴面速度和环量分布规律,设计了叶轮出口流场测量装置。基于流体绕流圆球理论,采用微型五孔探针对高效轴流泵叶轮出口轴面速度和环量进行了试验测量。试验结果表明,在最优工况下,系列高效轴流泵模型叶轮出口轴面速度呈二次抛物线流型,其最大值出现在叶片中部,且轮缘侧较小的轴面速度提高了汽蚀性能;系列高效轴流泵叶轮出口呈非线性环量分布规律,在轮毂侧环量稍小,在叶片中部较为平直,在轮毂侧环量降低至中部的0.8倍左右,而轮缘侧增大至1.2倍左右;同时叶轮出口轴面速度分布呈现抛物线流型,叶片中部速度最大。测量的轴面速度和环量分布数据拟合成多项式数学模型,可为轴流泵叶轮水力设计提供参考。
- 张德胜李通通施卫东张华张光建
- 关键词：轴流叶轮环量五孔探针
- 轴流泵叶轮叶顶区空化流的数值模拟与实验研究被引量：16
- 2014年
- 为分析大流量工况下轴流泵叶顶区空化流场特性,采用修正的空化模型和SST k-ω湍流模型以及结构化网格技术,对南水北调工程某一轴流泵模型叶顶区流场进行数值模拟,并分析其大流量工况下叶顶间隙内的轴向速度和湍动能分布特性,揭示了叶片不同弦长截面的空穴分布和压力场的关联性。采用高速摄影技术,对叶顶区不同空化数下的空化流场进行实验测量,并与数值计算结果进行对比分析。研究结果表明,叶轮叶顶区空化主要分布在叶顶间隙区、泄漏涡卷吸区和涡带区域。在大流量工况下叶顶区空泡分布起始于叶顶叶片弦长中间位置,随着叶顶翼型弦长系数的增加,由叶顶角涡引起的间隙空化从叶顶压力面拐角处发起,并覆盖叶顶间隙区;泄漏涡空化区随着泄漏涡的产生、增强和耗散,与之对应也具有空化初生、发展和溃灭的过程。在大流量空化严重工况下,流动分离诱导叶片压力面前缘约50%区域出现片状空化,叶片吸力面中后部也形成了片状附着空化,同时叶顶区刮起涡空泡、泄漏流空泡和叶顶泄漏涡空化涡带并存,严重堵塞了叶轮流道。
- 张德胜石磊施卫东潘大志
- 关键词：轴流泵叶顶间隙空化高速摄影
- 轴流泵叶轮区域空化特性数值模拟被引量：31
- 2012年
- 为了研究轴流泵内部叶轮区域空化特性,该文基于ANSYSCFX软件,分别应用Standardκ-ε,RNGκ-ε,κ-ω和SSTκ-ω湍流模型、均质多相流模型,对比转数ns=1033轴流泵在不同工况下进行全流道数值计算,将模拟值与试验结果进行对比分析,验证不同湍流模型及多相流模型的适应性并探究叶轮区域的空化特性。结果表明:在设计工况下,基于κ-ω湍流模型较其他3种湍流模型计算准确,临界汽蚀余量NPSHc计算值与试验结果误差为6.32%,可以较好反映轴流泵内部空化特性。随着有效汽蚀余量NPSH值的减小,空化首先在叶片背面进口靠近轮缘处发生,然后沿着主流方向往叶片中部发展直至充满整个流道,在临界汽蚀余量工况下,叶片中部区域空化面积较大,空化较严重时,叶片背面流线在叶片后部较紊乱,在靠近轮毂处形成漩涡微团,并向轮缘处移动,同时引起叶轮出口截面处轴面速度分布不均匀,增加了叶轮区域流场的紊乱性,揭示了叶轮区域内部空化流动特性。
- 施卫东李通通张德胜王国涛周岭
- 关键词：轴流泵空化湍流数值模拟
- 高扬程潜水排污泵叶轮和蜗壳的匹配优化与试验被引量：14
- 2013年
- 为提高高扬程潜水排污泵的性能,该文基于数值模拟、粒子成像测速(particle image velocimetry,PIV)测量和外特性试验并重的研究方法,以比转速为60的高扬程排污泵为研究对象,针对具有超厚叶片的叶轮与3种不同基圆直径的蜗壳进行了匹配优化。数值计算结果表明,具有超厚叶片的高扬程潜污泵蜗壳基圆直径对泵性能影响较大,当其与叶轮直径比D3/D2=1.13时,泵额定点的效率和扬程下降值均小于1%,但当D3/D2增大至1.19时,泵最高效率下降了3.3%;超厚叶片与蜗壳的匹配将直接决定泵内部流场特征,当D3/D2=1.01时,泵内部压力脉动和非定常径向力的峰峰值为D3/D2=1.13时的3倍左右,当D3/D2大于1.13时,其峰峰值变化较小。试验结果表明,兼顾考虑泵的外特性和内流场,方案B(D3/D2=1.13)具有陡降的流量-扬程曲线和饱和轴功率特性,最大轴功率不超过45kW,比国标规定的55kW小10kW,降低了生产成本。泵的高效区范围宽,在设计点泵效率达到71.80%,比国家标准高10.8个百分点;3个超厚叶片形成的3个通道,最大可通过颗粒直径为40mm的固体颗粒。PIV测量结果表明,在较大的流量范围内,叶轮内流场稳定,未出现不良流动现象,且此时泵内的压力脉动和径向力较小。该研究可为"高效率、无过载、无堵塞"的高扬程潜水排污泵的设计研究提供新的思路和实践指导。
- 张德胜施卫东陈斌张磊张华
- 关键词：潜污泵低比转速压力脉动
