基於動邊界LES的離心泵非穩定流固耦合及振動特性研究

《基於動邊界LES的離心泵非穩定流固耦合及振動特性研究》是依託江蘇大學，由裴吉擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於動邊界LES的離心泵非穩定流固耦合及振動特性研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：裴吉
• 依託單位：江蘇大學

項目摘要

離心泵在非設計工況運行時，內部流動呈現明顯的不穩定性，非穩定的流固耦合作用將導致泵的強烈振動，是影響泵機組安全穩定運行的關鍵科學問題。由於流固耦合多學科交叉的複雜性，對離心泵偏工況不穩定流動作用下流固耦合機制的認識尚屬空白。本項目將基於動邊界LES方法對離心泵非穩定流固耦合及振動特性開展研究。採用LES方法對離心泵偏工況不穩定流場進行精確數值模擬，揭示流態及壓力脈動特性，掌握不穩定流動激勵頻率特性；建立動邊界LES非穩定流固強耦合預測模型，解決耦合計算的精度、穩定性、收斂性及計算效率等瓶頸問題；採用電渦量振動測量系統開展水力振動試驗研究，實現對LES層面流固耦合計算的驗證；採用基於小波變換的時頻域聯合分析，揭示非穩定流固耦合規律及振動特性；研究水力部件主要幾何參數與流固耦合作用間的關係，初步提出離心泵偏工況非穩定流固耦合振動控制方法。本項目對提高離心泵運行穩定性具有重要的學術和工程價值。

結題摘要

非穩定的流固耦合作用易導致泵的強烈振動，影響泵機組安全穩定運行。本項目對離心泵偏工況運行區域全流道內部複雜流動進行了精確的DES（LES/RANS混合湍流模型）數值模擬，採用統計法和快速傅立葉變換方法全面地分析了由動靜干涉引起的壓力脈動特性，獲得了壓力脈動強度分布特性和壓力脈動頻域特性，掌握了不穩定流動激勵頻率特性。建立了動邊界法的非穩定流固強耦合預測方法，研究了離心泵極端工況下的流固耦合作用，獲得了離心泵在啟動過程的高溫高壓動力學特性，同時也建立了在有無空化條件下的離心泵流固強耦合高精度、高可靠性數值預測方法，獲得了泵內非定常流固耦合作用下內流與結構的關聯特性。搭建了離心泵外特性、壓力脈動和振動測量的開式試驗台，套用動態壓力感測器、加速度感測器採集離心泵不穩定流動狀態及空化發展過程中泵進出口處壓力脈動信號和蝸殼壁面上的不同測點振動信號，揭示了離心泵不穩定流動作用下的非定常流固耦合機理。對比分析了水力部件不同結構設計參數與結構變形之間的關係，為有效地控制離心泵偏工況非穩定流固耦合振動提供了解決方法。本項目的研究對離心泵非穩定流動的流固耦合數值模擬和實驗研究，準確獲得泵內部壓力脈動和流體結構的流固耦合特性，具有重要的理論與學術價值，同時在工程套用領域具有借鑑意義。 發表項目號標註論文23篇，其中SCI論文檢索13篇，EI論文檢索7篇。出版學術專著2本。申請發明專利19項，其中發明專利授權14項，發明專利受理5項。申請軟體著作權1件。獲省部級科技進步二等獎4項，三等獎2項，獲鎮江市政府論文專著特等獎，獲亞洲流體機械青年科學家獎。舉辦國際學術會議3次，參會人數超過1000人。受邀國際學術會議大會報告2次，國內學術會議大會報告1次。參加國際學術會議12人次。培養博士研究生7名，畢業4名，在讀3名，培養碩士研究生12名，畢業8名，在讀4名。超額完成項目指標。