發(fā)布時(shí)間：2020-07-14 10:15

【摘要】：空化現(xiàn)象常存在于各種水動(dòng)力系統(tǒng)當(dāng)中,如泵、水輪機(jī)、螺旋槳、水翼、水下潛體等�？栈�流問題涉及多相流、湍流、可壓縮和超音速等復(fù)雜的流動(dòng)現(xiàn)象,它能引起機(jī)器性能下降、機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性、機(jī)器振動(dòng)、噪聲、空蝕和磨蝕等一系列問題。我國的大部分河流含有泥沙,沙粒的存在使得空化的發(fā)生幾率大大增加,且含沙水時(shí)的瞬態(tài)空化流動(dòng)誘發(fā)的壓力脈動(dòng),使得水力機(jī)械的振動(dòng)、噪聲、空蝕問題大大加劇。因此亟待對含沙水時(shí)水力機(jī)械內(nèi)的非定�？栈�流進(jìn)行研究,為解決在含沙水條件下運(yùn)行的水力機(jī)械內(nèi)的空化空蝕問題提供一定的參考。本文對二維NACA0015水翼和離心泵的清水及含沙水的瞬態(tài)空化流動(dòng)進(jìn)行數(shù)值模擬,以探究沙粒粒徑和含量對水翼和離心泵瞬態(tài)空化性能的影響。主要研究內(nèi)容及結(jié)果如下:以二維NACA0015水翼為研究對象,基于Schnerr-Sauer空化模型、RNG k-ε湍流模型、Mixture模型,分別對水翼進(jìn)行清水和含沙水時(shí)非定�？栈�的數(shù)值模擬,所用沙粒粒徑分別為0.01mm、0.05mm、0.15mm,含沙量分別為5%、10%、20%,結(jié)果表明:當(dāng)含沙量為10%,粒徑分別為0.01mm、0.05mm、0.15mm時(shí),相比清水含沙時(shí)升阻力系數(shù)曲線脈動(dòng)幅度明顯強(qiáng)烈,平均升力系數(shù)明顯降低,隨粒徑的增大,平均升力系數(shù)逐漸增大,升阻比先升高后降低,均小于清水的升阻比。清水時(shí)空泡脫落頻率為20Hz,粒徑為0.01mm、0.05mm、0.15mm時(shí)頻率分別為16.7Hz,16.7Hz,20Hz,隨沙粒粒徑的增大,相應(yīng)的斯特勞哈爾數(shù)先降低后升高。當(dāng)粒徑為0.05mm,含沙量分別為5%、10%、20%時(shí),含沙時(shí)的周期性振蕩則更加強(qiáng)烈,隨含沙量的增加,升阻比逐漸降低;隨沙粒含量的增大,空泡脫落頻率逐漸變小,斯特勞哈數(shù)逐漸降低。以某離心泵為研究對象,采用Zwart-Gerber-Belamri空化模型和SST k-ω湍流模型,分別對其進(jìn)行清水和含沙水介質(zhì)時(shí)瞬態(tài)空化的數(shù)值計(jì)算,所取沙粒粒徑分別為0.005mm、0.025mm、0.05mm,沙粒含量選擇了1%、5%、10%,數(shù)值模擬結(jié)果表明:當(dāng)含沙量為5%,粒徑分別為0.005mm、0.025mm、0.05mm時(shí),空化充分發(fā)展時(shí),一個(gè)完整周期內(nèi)含沙時(shí)空泡體積均大于清水時(shí)的空泡體積,清水時(shí)空泡持續(xù)衰減,含沙時(shí)空泡均呈現(xiàn)出先衰減后增長再衰減的趨勢,空泡衰減速度均高于清水時(shí)空泡的衰減速度。不同粒徑時(shí),各點(diǎn)振幅基本隨頻率增大而減小,壓力脈動(dòng)的主頻均為葉頻,各監(jiān)測點(diǎn)主頻幅值最大的點(diǎn)為隔舌處,其次為靠近葉輪出口的點(diǎn);空化數(shù)降低時(shí),各監(jiān)測點(diǎn)壓力脈動(dòng)幅值急劇上升。當(dāng)粒徑為0.25mm,含沙量分別為1%、5%、10%時(shí),空化初生時(shí),當(dāng)含量為5%時(shí)空泡體積變化速度較為穩(wěn)定,空泡體積增減趨勢與清水時(shí)基本一致,含量為1%和10%的空泡體積變化趨勢一致�？栈�充分發(fā)展時(shí),葉輪出口的局部旋渦較嚴(yán)重。揚(yáng)程隨含沙量的增大逐漸降低。在整個(gè)周期內(nèi),含沙量越高,空泡體積的增長衰減越劇烈。不同含沙量時(shí),各監(jiān)測點(diǎn)的壓力脈動(dòng)主要集中在1500Hz以下的低頻區(qū),靠近葉輪流道中間處和出口的點(diǎn),主頻倍數(shù)頻率衰減較慢。含沙時(shí)葉輪出口處和蝸殼隔舌處的點(diǎn)的壓力脈動(dòng)主頻幅值均比清水時(shí)低;隨空化數(shù)的減小,各監(jiān)測點(diǎn)處的壓力脈動(dòng)強(qiáng)度增大,葉頻處脈動(dòng)幅值增加的最為明顯。
【學(xué)位授予單位】：蘭州理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TH311

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本文編號：2754840