摘要：本文采用CFD数值模拟和正交试验设计对自主研发的水力悬浮微型泵进行空化特性研究与抗空化性能优化。通过数值模拟得到微型泵的空化特性曲线并对不同空化数下的空化流动特性进行分析,选取叶轮进口直径、叶片厚度、吸水室直径、蜗壳基圆高度四个因素进行了正交试验优化,结果表明,吸水室直径对微型泵综合性能影响较为显著。模拟发现吸水室直径增大可使垂直段涡流区显著减少;实验测得优化后样机扬程提高了5.20%,临界空化数减小了59.6%。

摘要：基于先进的叶片设计方法,本文采用NREC软件对喷水推进轴流泵(包括一排动叶和一排静叶)进行模型设计,进而采用标准k-ε湍流模型和混合多相流模型对其空化特性进行数值模拟,并借助“Schnerr Sauer”空化模型来探究空化导致扬程下降的机理。结果表明,随着有效汽蚀余量的减小,空化首先发生在叶轮进口端附近,然后向叶轮出口端、轮毂及相邻叶片方向扩展,其水汽混合混乱,反向回流而产生旋涡。另外,本文还研究了与泵内流场非线性耦合的叶片几何参数(叶片安装角、叶片拱度和叶片厚度等)对空化的影响规律。结果表明,叶片安装角减小或叶片拱度增加,空化面积将随之减小,这提高了喷水推进泵的抗空化能力,而叶片厚度对其性能影响不大。

摘要：压力脉动和空化特性是影响离心泵稳定运行的两个重要因素。针对国内某大型调水工程的立式带导叶离心泵,在保证蜗壳、导叶和叶轮出口直径等设计参数一致的情况下,设计了两种不同形式的模型叶轮,并进行了模型泵的同台试验。两个叶轮的比转速都为106.43,叶片数分别为7和9,叶轮流道、叶型也不相同,其中,对9叶片叶轮叶片进口边进行了"C形"修型。结果表明,两种叶轮形式离心泵内部压力脉动的频率成分及其分布特性类似,总体上都为叶片通过频率及其谐频,且该频率的压力脉动能通过叶轮流道逆水流方向向进口端传播。叶轮形式对压力脉动幅值的影响比较显著,相比7叶片叶轮,9叶片叶轮的压力脉动幅值降低了10%以上。同时,对叶片进口边修型后,初生空化得到有效延迟,设计流量点附近的临界空化余量下降约10%。适当提高叶片数与叶片进口边修型可显著提高离心泵空化性能。

摘要：为揭示高速燃油离心泵内部空化形态及隔舌区域空化的发生工况,对其进行了非定常数值计算,分析了不同流量下高速燃油泵内空化流场特性及压力瞬态特性。结果表明:在不同流量下,空泡首先在叶片前缘生成;随着空化数降低,空泡在叶片根部及延伸叶片背面产生;在1.2倍设计流量下隔舌区域的空化在低空化数下发生;空化对叶片表面根部的压力载荷影响较大;叶轮流道监测点压力脉动主频为叶轮轴频;隔舌监测点脉动主频为叶频,在1.2倍设计流量下的低空化数下隔舌区域监测点压力脉动频谱上轴频倍频特征增强。

摘要：为研究在跨声速运动过程中超空泡射弹的流体动力特性和流场的空化情况,基于流体体积分数多相流模型、Schnerr-Sauer空化模型、Realizable k-ε湍流模型、Tait液体状态方程和运动框架模型构建了可压缩超空化流场的数值模型,通过与文献[11]试验结果进行对比,完成模型验证,采用数值方法模拟在马赫数为0.202-1.281速度范围内射弹的外流场。研究结果显示：跨声速运动过程中超空泡射弹的阻力系数与流场驻点的密度峰值有关,随速度的升高而显著增大;激波对弹体附近超空泡的形态和尺度有显著的影响,亚声速工况下超空泡尺寸与理论值接近并且受速度的影响很小,超声速工况下超空泡的尺寸随速度的增加而大幅度减小。研究结果对超空泡射弹的外形设计和弹道预报有参考价值。

摘要：发动机冷却水泵的空化破坏是缩短汽车冷却系统寿命、产生振动噪声等危害的关键因素.为了提高发动机冷却水泵的抗汽蚀性能,以时均N-S方程作为基本控制方程,采用标准k-ε双方程湍流模型及多相流模型,利用CFX流体计算软件模拟了发动机冷却水泵内部的三维湍流,并观察叶轮内部空化流场的分布.通过试验对比验证,水泵在285,L/min设计流量下扬程为6.1,m,远远低于常温下的数值模拟扬程,说明该泵在实际运行工况下已发生严重空化;在85,℃下,模型泵试验汽蚀余量为9.8,m,与数值计算结果基本一致,说明数值计算结果是可靠的.并由此提出了两种减缓发动机冷却水泵发生空化的有效方法,两种方案均能较好改善泵的空化性能,且减少叶片数方案抗汽蚀性能更优.

摘要：空化空蚀和掺气减蚀机理的研究是高速射流研究的重要方面。在微淹没条件下,保证闸室面积与射流出口面积比不变,对设置门槽的有压矩形闸室后接圆管射流的突扩突跌消力池空化特性进行减压试验,其中跌坎高度S（5.5 m和4.0 m）和圆管长度L2（L2/d=2、1和0,d为圆管直径）。跌坎高度S从5.5 m降低至4.0 m,门槽及圆管射流出口处消力池边墙发生空化的可能性变化仅10%。圆管长度L2/d=2和0时门槽发生空化的可能性比L2/d=1时高出40%～60%;而L2/d=0时圆管射流出口处边墙的空化可能性比L2/d=1时可高出260%,L2继续增加对空化特性的不利影响有限。增加跌坎高度S有利于水流掺气,为达到良好的掺气减蚀效果,不宜过低。因此,跌坎高度S对门槽及圆管射流出口处消力池边墙空化特性影响较小,而圆管长度L2对其空化特性影响较大。

摘要：为研究含虹吸式出水流道轴流泵装置的空化特性,基于ANSYS 16.0软件平台,对装置模型进行结构化网格划分,通过采用SSTk-ω湍流模型和Zwart空化模型封闭多相流控制方程,对含虹吸式出水流道的轴流泵装置进行全流道空化特性数值模拟,并将预测结果与试验进行对比.结果表明:在设计流量工况下,结构化网格的划分方案能够较好地满足湍流模型的网格要求;随着有效汽蚀余量的减小,数值计算与试验所得装置扬程曲线均呈先上升后下降的变化趋势,误差介于1.93%~2.91%之间;全流道空化特性中扬程上升现象与只有泵段空化时的扬程上升现象机理不同.

摘要：为避免摩擦副间油膜空化影响剪切特性,导致油膜动力传递失稳,对表面织构油膜剪切空化特性进行研究。首先,建立摩擦副间油膜流场的三维CFD模型,对不同织构类型、织构率条件下油膜剪切空化过程进行仿真模拟;其次,分析油膜空化体积分数变化规律及空化形态演变规律;第三,对油液及空化气体进行速度场分析,得到油液及空化气体流动规律;第四,对油膜进行压力场分析,得到油膜及织构凹坑内周向压力分布规律;最后,搭建实验台进行实验验证。研究结果表明:油膜剪切空化现象主要发生在外径处织构区域内,空泡呈细长圆弧状;随着转速及织构率增加,空泡体积增大,空化区域向内径扩散;低织构率下,六面体织构油膜空化体积分数最大,织构率增加,半球织构油膜空化体积分数最大;流场内油液流动和空化气体运动方向一致,油液流动速度大于空化气体运动速度;六面体织构凹坑未对附近流场造成较大扰动,油液及空化气体流速未发生较大变化;空化发生时,不同织构凹坑内压力分布趋势基本保持一致,织构凹坑内油液压力均小于饱和蒸汽压力。

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。