离心泵内部不稳定叶片空化的动态特性及机理的研究
项目介绍
AI项目解读
基本信息
- 批准号:51609107
- 项目类别:青年科学基金项目
- 资助金额:20.0万
- 负责人:
- 依托单位:
- 学科分类:E0904.水力机械及系统
- 结题年份:2019
- 批准年份:2016
- 项目状态:已结题
- 起止时间:2017-01-01 至2019-12-31
- 项目参与者:骆寅; 赵斌娟; 司乔瑞; 裴吉; 梅冠华; 周帮伦; 沈陈栋; 侯敬生;
- 关键词:
项目摘要
Cavitation instabilities become the urgent key problem to be solved in developing the safe-operating centrifugal pumps with high efficiency and cavitation performances in many engineering fields. However, the domestic relevant research on the theory of cavitation instabilities is still incomplete. In this proposal, the combined method of theory analysis, numerical simulation as well as experiments is applied to systematically investigate the mechanism and the dynamic characteristics of cavitation instabilities in centrifugal pumps with low specific speeds, respectively. Based on cavitation test facilities of centrifugal pumps by using virtual instrument technology, the flow visualization of the internal flow patterns of pumps under different operating conditions can be obtained by means of high-speed digital movies to capture the movement of the generated cavities, and the inlet pressure pulsations near the impeller eye can be carried out by means of fast response pressure transducers to obtain the accurate intensity of the unstable cavitating flow, its frequencies as well as its dynamic characteristics in the axial and radial directions. By using the improved cavitation models obtained by comparing with the corresponding cavitation test results, the unsteady cavitating flow in centrifugal pumps can also be numerically simulated. Through the numerical optimization and experimental verification, the way to recognize the onset, different types and characteristics of cavitation instabilities can be initially established. The final purpose of this proposal is to find out the mechanism and the dynamic characteristics of cavitation instabilities in centrifugal pumps, further enrich and develop the instable cavitating flow theory of centrifugal pumps, which is meaningful to flow theory and engineering applications.
不稳定空化已成为各工程领域研制高效与稳定运行离心泵迫切需要解决的关键问题。国内在研究泵不稳定空化流动的理论尚不完备,本项目拟通过理论分析、数值模拟与实验相结合,针对低比转速离心泵内部不稳定空化产生机理及其动态特性展开系统性研究。在一基于虚拟仪器技术的离心泵空化实验台上,在不同运行工况下,利用高速摄影技术实现泵内部流场可视化及进行泵进口压力脉动测试,获得空泡运动规律;基于动态采集压力脉动信号,准确获得泵不稳定空化流动的强度、频率及其轴向或径向特征;基于空化实验测试数据,修正完善空化模型,进行泵空化流动的非定常数值模拟,仿真泵不稳定空化的动态特性;通过数值优选与实验验证,初步建立识别离心泵内部不稳定空化现象的类别、发生条件及其特性的方法。本项目旨在揭示离心泵内部不稳定空化产生机理及其特性,丰富和发展泵空化不稳定流动理论,具有重要的学术价值和工程应用价值。
结项摘要
空化不稳定现象已是目前制约高性能泵研发的关键技术问题,其诱发的脉动频率与火箭发动机涡轮泵固有频率发生共振使叶片产生疲劳断裂与转子失衡,甚至会带来灾难性的后果。..首先针对火箭发动机诱导轮内部流动预测的几个关键问题进行数值模拟研究,通过与相应试验结果进行对比,获得诱导轮性能受湍流模型、进出口管道长度、进出口静压采集位置、叶顶间隙,以及温度的影响较大,尤其在小流量下这一影响更明显;基于Rayleigh-Plesset均相流空化模型预测常温下涡轮泵扬程下降3%以前的空化性能相对准确,而其预测高温下涡轮泵扬程下降5%相对准确;当涡轮泵发生较严重空化,扬程下降量为5%~10%时,该均相流空化模型预测结果与其试验值存在一定的偏差。..其次,基于意大利比萨大学空化泵转子动力测试台针对非空化与空化状态下的诱导轮进行压力脉动测试及空化试验,获得小流量工况Q/Qd=0.5下,其叶顶间隙及叶片前缘处首先发生空化,当诱导轮扬程系数下降约为13%,某个叶片流道几乎被空泡占据;其叶片前缘的压力脉动主频均为f1=125Hz、f2=1.465Hz和2fn,次主频为f6=41.5Hz;频率f2的交叉相位 值均为0°,即诱导轮内部出现与该频率对应的轴向流动现象;而次主频f6=41.5Hz的交叉相位对应旋转不稳定流动现象,存在3个旋转单元体,其真实频率为13.83Hz,为0.3倍的轴频,即诱导轮内部出现低频旋转流动。可见,小流量工况下空化诱导轮中的空泡呈不对称分布规律,且轴频及其以下的低频频率占主导地位,其内部存在较复杂的低频不稳定空化流动现象。..最后,针对一台中比转数离心泵的闭式叶轮、开式叶轮及带分流叶片叶轮的空化特性进行了系统的研究。获得闭式叶轮泵的水力效率最佳,接近70%,但其空化性能最差,而带分流叶片叶轮泵的空化性能明显优于其它2种形式的叶轮。在小流量工况且当泵扬程下降1%后,泵内部压力脉动主频均为低于轴频的低频频率,通过对其进行相位相关性分析,获得叶轮进口处存在轴向不稳定空化流动现象。..本项目研究为流体机械空化工程应用问题提供理论依据和数据参考,具有重要的学术价值。
项目成果
期刊论文数量(11)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(2)
专利数量(4)
Comparative study of discretization method and Monte Carlo method for wind farm layout optimization under Weibull distribution
威布尔分布下离散化法与蒙特卡罗法风电场布局优化对比研究
- DOI:10.1016/j.jweia.2018.07.021
- 发表时间:2018-09
- 期刊:Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics
- 影响因子:4.8
- 作者:Longyan Wang;Jianping Yuan;Michael E Cholette;Yanxia Fu;Yunkai Zhou;Andy C Tan
- 通讯作者:Andy C Tan
Combined optimization of continuous wind turbine placement and variable hub height
连续风力涡轮机放置和可变轮毂高度的组合优化
- DOI:10.1016/j.jweia.2018.07.016
- 发表时间:2018-09
- 期刊:Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics
- 影响因子:4.8
- 作者:Longyan Wang;Michael E Cholette;Yanxia Fu;Jianping Yuan;Yunkai Zhou;Andy C C Tan
- 通讯作者:Andy C C Tan
Design Improvement of the Splitter Blade in the Centrifugal Pump Impeller Based on Theory of Boundary Vorticity Dynamics
基于边界涡动力学理论的离心泵叶轮分流叶片设计改进
- DOI:10.5293/ijfms.2018.11.1.039
- 发表时间:2018-03
- 期刊:International Journal of Fluid Machinery and Systems
- 影响因子:--
- 作者:Binjuan ZHAO;Chenghu ZHAN;Youfei ZHAO;Yanxia FU;Qi LIU;Huilong CHEN
- 通讯作者:Huilong CHEN
Study on Hydraulic Performances of a 3-Bladed Inducer Based on Different Numerical and Experimental Methods
基于不同数值和实验方法的三叶片导流轮水力性能研究
- DOI:10.1155/2016/4267429
- 发表时间:2016-11
- 期刊:International Journal of Rotating Machinery
- 影响因子:0.9
- 作者:Yanxia Fu;Yujiang Fang;Jiangping Yuan;Shouqi Yuan;Giovanni Pace;Luca Dagostino
- 通讯作者:Luca Dagostino
离心泵回流漩涡空化的非定常特性研究
- DOI:10.13465/j.cnki.jvs.2018.16.004
- 发表时间:2018
- 期刊:振动与冲击
- 影响因子:--
- 作者:袁建平;侯敬生;付燕霞;胡纪伟;张皓阳;沈陈栋
- 通讯作者:沈陈栋
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其他文献
span style=font-family:宋体;font-size:10.5pt;叶片数对离心泵小流量工况空化特性影响的研究/span
- DOI:--
- 发表时间:--
- 期刊:农业机械学报
- 影响因子:--
- 作者:付燕霞;袁寿其;袁建平;周帮伦;王鹏
- 通讯作者:王鹏
离心泵进口回流诱导的空化特性
- DOI:--
- 发表时间:2016
- 期刊:排灌机械工程学报
- 影响因子:--
- 作者:付燕霞;沈陈栋;袁建平;夏水晶
- 通讯作者:夏水晶
涡动下高速离心泵的内部流动特性研究
- DOI:--
- 发表时间:2016
- 期刊:振动与冲击
- 影响因子:--
- 作者:袁建平;沈陈栋;刘君;付燕霞;周帮伦
- 通讯作者:周帮伦
叶片数对离心泵小流量工况空化特性的影响
- DOI:--
- 发表时间:2014
- 期刊:农业机械学报
- 影响因子:--
- 作者:付燕霞;袁寿其;袁建平;周帮伦;王鹏
- 通讯作者:王鹏
span style=font-family:宋体;font-size:10.5pt;离心泵小流量工况下的内部流动特性/span
- DOI:--
- 发表时间:2014
- 期刊:排灌机械工程学报
- 影响因子:--
- 作者:付燕霞;袁寿其;袁建平;付跃登;黄萍
- 通讯作者:黄萍
其他文献
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