主要工作与获得的结论

2023-06-15 历史故事版权反馈

【摘要】：本书完成的主要工作与获得的主要结论如下：空化计算模型的改进。④在离心泵叶轮流道内空化的发展过程中，空泡发生断裂并脱落，其主要由叶轮流道内流动非稳定性和旋涡诱导的反向射流引起。反向射流与空泡表面相互作用的强度，主要与流道内旋涡的影响范围及涡心位置有关。③离心泵蜗壳内压力脉动主频，在小流量非空化工况和空化工况下为叶片通过频率fBPF及其谐频；在设计流量非空化工况和空化工况下均为叶片通过频率fBPF。

本书完成的主要工作与获得的主要结论如下：

（1）空化计算模型的改进。修正了质量输运空化模型的凝结项经验系数。应用改进的空化数值计算模型，计算了小流量和设计流量工况下离心泵内的空化流动，定常、非定常计算得到的不同流量下离心泵扬程随有效空化余量的变化曲线与试验结果吻合较好，验证了数值计算模型和方法的准确性和可靠性。同时，基于数值模拟的结果，分析了凝结项经验系数对离心泵空化流动计算结果的影响。结果表明：

①在离心泵空化流数值模拟中，质量输运空化模型凝结项经验系数Ccond的取值为0.000 1时得到的结果与试验结果符合得更好。

②凝结项经验系数对空化流动数值模拟结果有较大的影响，主要体现在叶轮内空泡长度和空泡体积分数的预测，随着凝结项经验系数的减小，计算得到的空泡长度越大，高体积率空化区域越小。

（2）采用改进的质量输运空化模型及RNG k-ϵ湍流模型，计算了小流量和设计流量工况下离心泵非定常空化流动，分析了离心泵叶轮流道内的流线分布和空化发展。同时，对叶轮流道内空泡形态随时间的变化特征以及空化流场的速度矢量分布进行了探讨。结果表明：

①离心泵叶轮内空化的发展过程为：随着有效空化余量的减小，叶轮内空泡首先在叶片吸力面进口附近的低压区发生，并沿叶片吸力面往叶轮出口方向发展，同时向叶片压力面扩散，且不同流道内空化区域分布不均匀。

②离心泵叶轮流道内旋涡区的产生及其影响范围的扩大对叶轮内空化发展有较大的影响。

③离心泵叶轮流道内非定常空泡形态，在叶轮旋转过程中具有周期性演变过程。其在不同空化阶段经历了不同的周期性变化过程，其主要表现形式为：长大和缩小的周期性变化过程；明显的长大、缩小、断裂及溃灭的周期性变化过程；长大、缩小及溃灭的周期性变化过程。

④在离心泵叶轮流道内空化的发展过程中，空泡发生断裂并脱落，其主要由叶轮流道内流动非稳定性和旋涡诱导的反向射流引起。反向射流与空泡表面相互作用的强度，主要与流道内旋涡的影响范围及涡心位置有关。

（3）基于改进的质量输运空化模型及RNG k-ϵ湍流模型的数值模拟结果，分析了小流量和设计流量下非空化、空化工况时离心泵叶轮和蜗壳内不同监测点的压力脉动频率及幅值。结果表明：

①离心泵叶轮内压力脉动主频，在小流量非空化工况和设计流量非空化工况下均为叶轮转频fi；在小流量空化工况和设计流量空化工况下为叶轮转频fi及其谐频。叶轮内压力脉动幅值，在小流量非空化工况和设计流量非空化工况下基本从叶轮进口至叶轮出口逐渐增大。与非空化工况相比，在空化工况下叶轮内压力脉动幅值随着有效空化余量的减小有增大也有减小。空化工况下叶轮内压力脉动幅值变化最大的部位，随叶轮内空化发展程度的不同而不同。叶轮内压力脉动幅值增大的主要原因是叶轮流道内空泡连续的大尺度再生和溃灭，而其减小的主要原因是附着型空化的“削波”现象。

②离心泵叶轮内空化发展到一定程度时，叶轮内出现很多低频压力脉动成分，并且其幅值随着空化的发展而增大。

③离心泵蜗壳内压力脉动主频，在小流量非空化工况和空化工况下为叶片通过频率fBPF及其谐频；在设计流量非空化工况和空化工况下均为叶片通过频率fBPF。蜗壳内压力脉动幅值，在小流量非空化工况下蜗舌附近靠扩散管上最大，在设计流量非空化工况下蜗舌端部处最大。与非空化工况相比，在空化工况下蜗壳内压力脉动幅值随着有效空化余量的减小有增大也有减小。空化工况下蜗壳内压力脉动最大幅值的出现部位随着叶轮内空化发展程度的不同而不同。蜗壳内压力脉动幅值变化的主要原因是蜗壳内的二次流动，由旋涡的涡心位置、形状、强度随着时间的剧烈变化引起脉动幅值的增大或减小。

（4）利用离心泵空化流动的数值模拟结果，探讨了小流量工况和设计流量工况下离心泵空化流场的叶片载荷分布、叶轮内压力分布和空泡分布。结果表明：叶轮内空化区域直接影响叶片载荷分布，主要是空化区域的空泡体积率越高，对应叶片载荷越小，叶片工作能力越差。

主要工作与获得的结论

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