發(fā)布時(shí)間：2020-10-31 02:11

　　 本文的研究工作是在國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“軸流式葉輪內(nèi)非穩(wěn)態(tài)空化流的研究”(No.50776040)資助下完成。 軸流泵廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)排灌、城市供水、船舶行業(yè)及南水北調(diào)工程等國(guó)民經(jīng)濟(jì)重要領(lǐng)域。軸流泵作為大流量輸送流體的旋轉(zhuǎn)機(jī)械,不可避免地面臨空化和汽蝕的問(wèn)題�？栈推g的發(fā)生會(huì)引起設(shè)備運(yùn)行特性的改變、振動(dòng)和噪聲等一系列問(wèn)題,嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)箼C(jī)組無(wú)法正常運(yùn)行。因此,如何提高軸流泵空化汽蝕性能是水力機(jī)械研究領(lǐng)域的一個(gè)重要方向。 本文從文丘里管空化流動(dòng)研究入手,對(duì)不同工況下的空化流動(dòng)進(jìn)行拍攝實(shí)驗(yàn)研究與空化數(shù)值計(jì)算,進(jìn)而對(duì)模型軸流泵的性能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究與空化數(shù)值計(jì)算。本文的研究工作及獲得結(jié)論主要有： 1.設(shè)計(jì)了文丘里管空化流動(dòng)實(shí)驗(yàn)臺(tái),運(yùn)用高速數(shù)碼攝像機(jī)對(duì)各工況下文丘里管空化流動(dòng)進(jìn)行拍攝記錄實(shí)驗(yàn),分析空泡區(qū)域的形態(tài)特征。結(jié)合拍攝的空化區(qū)域的形態(tài)及試驗(yàn)數(shù)據(jù),對(duì)幾種常見(jiàn)湍流模型在文丘里管空化流動(dòng)計(jì)算的效果做了詳細(xì)比較。結(jié)果表明RNG k-ε湍流模型有明顯的優(yōu)勢(shì)。該研究為今后空化數(shù)值計(jì)算在湍流模型的選擇方面提供了參考。 2.通過(guò)模型軸流泵外特性試驗(yàn),得到了模型泵的能量性能與汽蝕性能曲線。為驗(yàn)證空化數(shù)值計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性,先進(jìn)行了非空化流動(dòng)的數(shù)值計(jì)算,通過(guò)數(shù)值計(jì)算和試驗(yàn)對(duì)比分析,結(jié)果表明預(yù)測(cè)曲線與試驗(yàn)曲線趨勢(shì)基本一致,預(yù)測(cè)值與試驗(yàn)值在設(shè)計(jì)工況附近比較吻合,這為后續(xù)的工作打下了基礎(chǔ)。 3.基于完整空化模型和混合流體兩相流模型,對(duì)模型軸流泵葉輪內(nèi)空化流動(dòng)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算。選擇不同流量(0.8Q、1.0Q、1.2Q)下空化開(kāi)始發(fā)生、臨界汽蝕點(diǎn)和空化嚴(yán)重時(shí)的工況比較分析葉輪內(nèi)空化流動(dòng)的發(fā)展情況。并對(duì)不同工況下空化發(fā)生的位置、程度等參數(shù)比較分析,主要結(jié)論有：(1)在設(shè)計(jì)流量和小流量工況下,空化最初發(fā)生在葉片背面靠近輪轂處的局部低壓區(qū)；大流量工況下,空化最初發(fā)生在葉片背面進(jìn)口至出口弦長(zhǎng)的1/3處靠近輪轂的局部低壓區(qū)。(2)在臨界汽蝕點(diǎn)時(shí),空化區(qū)域位于進(jìn)口至靠近出口的位置,約占葉片背面面積的50%以上,空泡在空化區(qū)域的后部聚集；隨著空化的加劇,空化區(qū)域繼續(xù)向出口發(fā)展。
【學(xué)位單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2010
【中圖分類】：TH312
【部分圖文】：

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機(jī)和離心泵轉(zhuǎn)輪密封環(huán)處的間隙，軸流式轉(zhuǎn)輪葉片外緣與轉(zhuǎn)輪室之間及葉片根部與輪毅之間的間隙，導(dǎo)葉關(guān)閉后形成的間隙等。(3)空腔空化。如圖2.6示。水輪機(jī)在某些偏離工況運(yùn)行時(shí)，在轉(zhuǎn)輪出口和尾水管內(nèi)會(huì)發(fā)生一個(gè)或兩個(gè)旋渦帶。渦帶是中間含有蒸汽和其他氣體的大空腔，空腔內(nèi)壓力很低，呈螺旋狀非軸對(duì)稱地在尾水管內(nèi)旋轉(zhuǎn)，使尾水管中流速場(chǎng)和壓力場(chǎng)也發(fā)生周期性的變化。這將引起機(jī)組的振動(dòng)和噪聲，使機(jī)組運(yùn)行不穩(wěn)定，并在尾水管進(jìn)口段邊壁形成空蝕破壞。圖2.6月空空化與空蝕(4)局部空化和空蝕。如圖2.7所示。局部空化和空蝕主要是由于鑄造和加工缺陷形成的表面不平整、砂眼、氣孔等所引起的局部流態(tài)突然變化而造成的。如軸流式轉(zhuǎn)輪中局部空化和空蝕往往發(fā)生在轉(zhuǎn)輪室連接部位的不平滑的臺(tái)階處或局部凹陷處的后方，以及凹入或突出的固定螺栓處。對(duì)于混流式水輪機(jī)或離心泵往往發(fā)生在轉(zhuǎn)輪上冠或后蓋板減壓孔的后面。一叭一~腳知圖2.7局部空化與空蝕

一-上~、嘆一少八怡·#訓(xùn)烈\\\一不一一二二乒一廠廠歲歲歲1、儲(chǔ)液罐2、進(jìn)口管路3驗(yàn)段7、文丘里管出口測(cè)壓點(diǎn)n、溫度傳感器12、真空泵泵4、電機(jī)5、文丘里管進(jìn)口測(cè)壓點(diǎn)8、、流量計(jì)9、閘閥出口壓力表擾13、高速數(shù)碼攝像機(jī)14、電腦15、圖4.2實(shí)驗(yàn)裝置示意圖、又丘里管實(shí)、液位計(jì)LEO光源
【參考文獻(xiàn)】

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