王育立
,
杨敏官
,
康灿
,
高波
,
陈波
工程热物理学报
水切割射流的动力学特性的诸多方面尚未得到认识和理解。本文对毛细喷孔产生的超高压水射流展开可视化研究，分析了常规压力及超高压条件下毛细水射流的液体破碎机制并对超高压毛细射流的脉动现象进行了讨论。常规条件下的毛细射流遵从经典的破碎模式；在超高压条件下，射流完整段呈瑞利模式，完整段以下呈雾化破碎模式，射流集束性呈现周期性变化。结果表明，传统理论不能够表达小孔径时超高速毛细水射流的破碎特性；喷孔内部流动情况如流动分离及空化成为该条件下射流破碎和脉动的重要原因。
关键词:
超高压
,
水射流
,
破碎机理
,
脉动
李忠
,
杨敏官
,
姬凯
,
高波
工程热物理学报
运用高速数码摄像系统对比转速为700的轴流泵在最优工况流量下不同空化程度时的叶顶间隙内空化流动进行拍摄实验，捕捉到空化发生位置和空泡团形态随空化程度变化的演变过程。实验结果表明：叶顶间隙内空化发生的初始位置位于叶顶翼型头部，空泡团为沿叶片工作面向背面旋转的旋涡空化，旋转轴和圆周方向基本一致；随着泵汽蚀余量的降低，空化发生位置和空泡团与叶顶翼型粘连的区域均呈由叶顶翼型头部向尾部延伸发展的趋势；当泵发生汽蚀时，空化发生位置覆盖整个叶顶翼型，间隙空泡团和叶片背面空泡团相掺混，对叶轮流道内液相主流产生强烈干扰，导致泵能量性能急剧下降。研究结果为轴流泵叶顶间隙内空化发生及发展过程的理论研究提供了有效参考。
关键词:
轴流泵
,
叶顶间隙
,
空化流
,
可视化
高波
,
杨敏官
工程热物理学报
对旋流式模型泵内部两相流场进行了非定常计算,获得了盐析晶体颗粒在泵内的体积浓度分布结果,并对颗粒迁移规律进行了分析.旋流泵内晶体颗粒浓度分布较稳定.在叶轮内,颗粒集中于叶片工作面附近;无叶腔中,颗粒更易向蜗壳壁面迁移.无叶腔内的浓度远大于叶轮内,且呈良好的轴对称分布.颗粒存在提供了二次成核与非均相成核的机会,加速了盐析进程.泵内盐析层最初在蜗壳内壁及叶片工作面形成并不断增厚,最终堵塞流道.
关键词:
旋流泵
,
两相流
,
颗粒分布
,
盐析特性
龚辰
,
陆金刚
,
闫龙龙
,
杨敏官
工程热物理学报
借助高速摄影及显微技术对高压微孔圆柱射流破碎过程进行可视化实验研究.结果表明:高速显微摄影能够清晰捕捉射流的细微结构特征,高压微孔射流沿流向破碎是渐变过程,可分为四个阶段,分别是,表面波动产生与发展阶段、液滴开始剥离且射流直径显著减小阶段、射流开始断裂阶段、独立液块形成阶段.实验结果表明,高雷诺数下湍流引入的流场脉动不遵循瑞利模式下表面波的线性增长和端部破碎的规律.
关键词:
高压微孔圆柱射流
,
显微高速摄影
,
破碎
张宁
,
杨敏官
,
高波
,
李忠
,
陆胜
工程热物理学报
基于CFD方法,采用混合两相模型、标准κ-ε方程和sighal发展的全空化模型,对具有特殊结构形式的侧壁式压水室离心泵空化特征进行数值计算.预测了泵在未发生空化和空化条件下的能量性能,并且分析了设计流量下叶片表面和流道内的空泡分布情况.结果表明:在大流量工况下,泵的必需汽蚀余量大,容易产生空化现象.随着泵进口压力的降低,空泡最先出现在泵叶片背面靠近进口边附近;当进口压力进一步降低时,空泡区域开始快速增加,向叶片出口延伸,泵的扬程开始大幅下降.进口压力继续降低时,叶片工作面开始出现空泡,叶轮周向流道内开始充满空泡,此时泵的扬程急剧下降,泵的稳定运行工况被破坏.不同汽蚀余量下,叶频处压力幅值变化明显,在临界汽蚀点处几乎达到极小值.
关键词:
离心泵
,
侧壁式压水室
,
数值计算
,
空化
王育立
,
杨敏官
,
康灿
,
喻峰
工程热物理学报
在超高压水射流切割过程中,射流结构是设备工作效率及损耗程度的决定性因素,本文针对400 MPa范围内超高压水射流结构进行了数值模拟及实验研究,得到了相关因素对其具体影响.结果表明:超高压水射流的流束可分为几个特征各不相同的区域;射流的发散程度随着压力和宝石孔径的增大而增大;喷嘴形状对射流结构具有显著的影响,渐扩的锥形出口及倾斜的出口端面有助于增强射流的集束性;宝石孔内的空化直接影响了射流的形成;空化加剧了宝石的磨损,随着宝石孔入口的磨损程度提高,水射流趋于发散.
关键词:
超高压水射流
,
流动特性
,
喷嘴形状
,
空化
陆金刚
,
龚辰
,
闫龙龙
,
杨敏官
工程热物理学报
本文采用VOF多相流模型,在400 MPa工作压力下,针对3种不同结构喷嘴产生的自由水射流流场进行了数值模拟和试验研究.结果表明:喷嘴出口处空气向喷嘴内部卷吸,一定程度上提高了其集束性;射流核心区轮廓呈现粗细交替的波动状,是诱发射流破碎的重要因素;射流上游的湍动能大小及旋涡强度对射流的集束性影响显著;该条件下射流轮廓的高速数码摄像照片定性地验证了数值模拟的结果.
关键词:
超高压水射流
,
集束性
,
VOF
,
数值计算
李忠
,
杨敏官
,
张宁
,
高波
工程热物理学报
对不同工况下轴流模型泵装置各主要测点处的振动加速度信号进行动态测量和分析,获得了特定频域范围内振动加速度均方根值随流量的变化规律.实验结果表明:10～8000 Hz频域范围内振动加速度均方根值随流量的变化趋势和泵扬程随流量的变化趋势基本一致,运行工况从大流量降至小流量的过程中其装置振动水平可分为低水平区、快速增长区及高水平区;10～350 Hz频域范围内低水平区中振动最低点对应的流量和泵最优工况流量基本一致.研究结果为轴流泵多工况下的稳定运行及最优工况判定提供了一定的理论和技术基础.
关键词:
轴流泵
,
振动加速度
,
均方根值
,
变工况
高波
,
王兴宁
,
李忠
,
张宁
,
杨敏官
工程热物理学报
以单级蜗壳式离心泵为研究对象,基于RANS进行了全流场的非定常数值计算,探讨了叶轮的非定常流动特征,重点分析了叶轮出口沿轴向变化的圆周面流域内各节点的压力分布特性.结果表明:在叶片压力面及叶片后缘尾迹区发生了剧烈的湍流脉动现象;不同工况下叶轮出口圆周方向的压力系数Cp均在隔舌附近产生极值;额定工况Q/QN=1时,叶轮出口圆周方向的压力系数Cp呈稳定周期性分布,随着工况的改变,压力系数Cp沿蜗壳周向分布不均匀性增加;小流量工况下叶轮流域内发生了明显的流动分离现象,流道内产生了较大尺度的分离涡,破坏了叶轮出口圆周方向压力系数Cp的周期性分布特性;叶轮出口圆周压力系数Cp沿中截面两侧的流域内几乎对称分布;在Q/QN=0.2小流量工况下,压力脉动频谱图低频段内出现了较多复杂的激励信号,认为这与流域内的分离涡结构具有一定关联.
关键词:
离心泵
,
非定常流动
,
非定常压力分布
,
流动分离
高波
,
杨敏官
工程热物理学报
盐析晶体颗粒脉动特性是研究湍流输运状态下盐析过程的重要问题之一.为探索泵内盐析晶体颗粒湍流脉动规律及其对液相流场的影响,采用相位多普勒粒子速度场仪对旋流式输送泵无叶腔内的盐析湍流流场进行了测量,通过对改变泵运行工况、运行介质温度后颗粒脉动速度分布情况的分析,初步掌握了无叶腔中盐析晶体颗粒的湍流脉动特性;同时,讨论了晶体颗粒存在对液相湍流结构的影响.实验结果表明,随着流量的增加,颗粒的周向、径向及轴向脉动速度相应提高;盐析颗粒脉动速度值随温度发生变化,较高温度时速度脉动也较大;在一定条件下,盐析晶体颗粒表现出抑制湍流的行为.
关键词:
盐析两相流
,
旋流泵
,
湍流脉动
,
实验研究
