軸流式水力機械由于葉輪轉(zhuǎn)子與外緣邊壁之間存在間隙,因此不可避免的產(chǎn)生間漏這會降低機組的效率與穩(wěn)定性,同時會引起壓力脈動與空化。由于軸流式水力機械流場結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，木文從簡單的三維水翼出發(fā)展開葉頂間隙流動特性與間隙泄漏控制的數(shù)值模擬研究。主要內(nèi)容包括:（1）比較了不同湍流模型下葉頂間隙泄漏流動的數(shù)值計算結(jié)果,并與實驗進行了對比,發(fā)現(xiàn)經(jīng)過曲率修正的SST-CC模型在間隙泄漏渦的長度預(yù)測上具有一定優(yōu)勢,―與實驗結(jié)果吻合更好。討論了個同渦識別準則下的渦核位置與三維結(jié)構(gòu),其中Q準則與λ2準則具有一致性,能夠較好的捕捉間隙流動的渦結(jié)構(gòu)。（2）對不同幾何形狀與工況下的間隙泄漏流場進行分析,發(fā)現(xiàn)主要存在泄漏渦、分離渦與誘導(dǎo)渦等渦結(jié)構(gòu),但在不同的間隙流場中存在一定差異。其中直角翼型較圓角翼型具有更為明顯的分離渦結(jié)構(gòu),特別是在大間隙下堵塞效應(yīng)更強,泄漏理較低。同樣,不同間隙寬度下的間隙渦結(jié)構(gòu)也有所不同,并存在—間隙寬度使得泄漏渦強度最大,空化發(fā)生的可能性最高。另外,翼型攻角是引起翼型正背面壓差變化的重要因素,泄漏渦發(fā)展軌跡與強度也隨之改變,并存在一合適的攻角使得升阻比最大。在不同流速下的間隙泄漏量與入口流... 

【文章來源】：西安理工大學(xué)陜西省

【文章頁數(shù)】：86 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

泄漏渦和通道渦的煙霧可視化

結(jié)果表明隨著間隙寬度的增大，相同流量下的葉片負荷位置位于吸力面上方但向上卷起的位置向弦長方向移動，同時湍動能其大間隙下的峰值出現(xiàn)在泄漏渦渦核附近、邊界層以及剪切層中【24】。 等采用快響應(yīng)五孔皮托管和半導(dǎo)體壓力傳感器對混流泵葉輪上下游的非定常流動進行了測量，發(fā)現(xiàn)葉輪葉尖處的流動分離、進口回流與呈現(xiàn)正斜率的主要原因【25】。Wu Huixuan 等借助不同分辨率下的粒子明噴水推進泵轉(zhuǎn)子區(qū)域的流動結(jié)構(gòu)進行測量與觀測，主要包括葉頂?shù)木砥疬^程，其中發(fā)現(xiàn)間隙泄漏流是以壁面射流形式出現(xiàn)，剪切層出被卷入 TLV 并在通道內(nèi)發(fā)展;同時也揭示了葉頂間隙流動中的不均勻26】。李忠等為了觀測軸流泵在最優(yōu)工況下的葉頂間隙處空化發(fā)生與演計采用有機玻璃材質(zhì)，并通過高速攝影技術(shù)進行拍攝【27】。同時為了探的速度與壓力分布規(guī)律，采用球形五孔探針進行測量，對軸流泵的優(yōu)考意義【28】。最近，Tan 等對具有透明丙烯酸轉(zhuǎn)子的軸流式噴水推進泵究，并借助壓力與性能對比揭示了空化的發(fā)生機理。其中轉(zhuǎn)子葉片吸泄漏渦結(jié)構(gòu)與葉片后緣形成的附著型空化是造成葉片斷裂的主要原因

圖 1-3 水翼表面的擋流條【57】圖 1-4 不同形式的葉尖結(jié)構(gòu)【62】【63】Fig. 1-3 Flow Bar on Hydrofoil Surface【57】Fig. 1-4 Different forms of tip structure【62】【63】.4 本文主要研究內(nèi)容由于軸流式水力機械結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性以及流場分析難度較大，現(xiàn)基于三維水翼分析場的流動特性并展開間隙泄漏控制方法研究，主要研究內(nèi)容如下：（1）在三維水翼中，采用SST模型、經(jīng)過旋轉(zhuǎn)與曲率修正的SST-CC模型與分離渦（型三種湍流模型進行數(shù)值模擬比較，確定出最優(yōu)的湍流模型。另外，對比不同的渦法對間隙泄漏渦的適用性，并分析間隙泄漏流場特性與間隙渦結(jié)構(gòu)；利用渦量輸運映渦旋運動與空化之間的相互作用。（2）通過對實驗翼型進行變化，分析不同翼型形狀（直角翼型與圓角翼型）、間、攻角等幾何因素對間隙流場的影響；同時對比不同流速下的間隙流場與主要的渦（3）針對直角翼型，通過在間隙葉尖處刻槽的方式進行間隙泄漏控制。對比不形狀（矩形、C 形槽）、不同凹槽結(jié)構(gòu)（凹槽位置、后緣傾斜角度、深度、寬度等改型前后定性分析與定量對比，尋找控制效果最好的刻槽方式。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]軸流泵葉頂泄漏渦流體動力學(xué)特性數(shù)值模擬[J]. 張德勝,邵佩佩,施衛(wèi)東,潘大志,王海宇.  農(nóng)業(yè)機械學(xué)報. 2014 (03)
[2]軸流泵葉輪葉頂區(qū)空化流的數(shù)值模擬與實驗研究[J]. 張德勝,石磊,施衛(wèi)東,潘大志.  水利學(xué)報. 2014(03)
[3]葉頂間隙對軸流泵輪緣泄漏流動影響的大渦模擬[J]. 黎耀軍,沈金峰,嚴海軍,張志民.  水利學(xué)報. 2014(02)
[4]軸流泵小流量工況條件下葉頂泄漏空化特性[J]. 張德勝,吳蘇青,施衛(wèi)東,潘大志,王海宇,李通通.  農(nóng)業(yè)工程學(xué)報. 2013(22)
[5]軸流泵葉頂區(qū)的空化流場與葉片載荷分布特性[J]. 張德勝,潘大志,施衛(wèi)東,邵佩佩,王海宇,李通通.  化工學(xué)報. 2014(02)
[6]輪緣間隙對軸流泵內(nèi)部非定常流場的影響[J]. 黎耀軍,沈金峰,洪益平,唐學(xué)林,張志民.  排灌機械工程學(xué)報. 2013(08)
[7]軸流泵葉輪區(qū)域空化特性數(shù)值模擬[J]. 施衛(wèi)東,李通通,張德勝,王國濤,周嶺.  農(nóng)業(yè)工程學(xué)報. 2012(13)
[8]水翼表面粗糙帶對空化抑制效果的數(shù)值研究[J]. 戴月進,張媛媛,黃典貴.  工程熱物理學(xué)報. 2012(05)
[9]軸流式水輪機間隙空化與翼型空化差別淺談[J]. 覃大清,韓秀麗,劉斌,劉萬江,魏顯著.  大電機技術(shù). 2012(02)
[10]泵空化流數(shù)值計算研究現(xiàn)狀及展望[J]. 劉厚林,劉東喜,王勇,杜輝,徐歡.  流體機械. 2011(09)

博士論文
[1]葉頂間隙泄漏渦流及空化流場特性研究[D]. 郭嬙.中國農(nóng)業(yè)大學(xué) 2017

碩士論文
[1]空腔流動機理分析及被動流動控制技術(shù)研究[D]. 王傳洲.大連理工大學(xué) 2013



本文編號：2941112