《基於LES-PM的離心泵內部非定常空化流研究》是依託江蘇大學，由王勇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LES-PM的離心泵內部非定常空化流研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：王勇
- 依託單位：江蘇大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
空化嚴重影響離心泵運行的穩定性和可靠性，制約著離心泵向高速化方向發展，是泵領域丞待解決的關鍵問題之一。本項目擬通過數值計算、實驗測量和理論分析相結合的方法，深入研究離心泵內部非定常空化流演變過程和機理。 建立LES-PM計算方法，研究用於LES的預處理矩陣構造，以及空化流場中密度與壓強的相互關係，確立偽可壓縮係數的表達式；發展新的適用於離心泵內部空化流計算的輸運方程類空化模型，研究特徵長度和特徵速度對空化流動的影響，研究相間質量傳輸率修正係數的最佳化方法；為了驗證計算方法和模型，擬通過高速攝影和PIV-LIF測試技術，對離心泵內部的空化流場進行可視化實驗研究，並同步測量不同空化狀態下的振動和壓力脈動特性，研究圖像處理和空化特徵信號分離方法。 本項目旨在建立一種能有效預測離心泵內部非定常空化流特性的計算方法，揭示離心泵內部空化流動機理，為提高離心泵效率和可靠性提供理論基礎。
結題摘要
空化的存在不僅會降低水泵等水力機械的運行效率，還會產生振動和噪聲，甚至會對水力機械固體表面造成破壞，嚴重影響系統的安全穩定運行。近幾十年來，數值模擬已經成為空化流動現象研究的重要手段，空化流數值模擬的關鍵在於建立合適的空化模型和湍流模型。本項目的主要研究內容和成果有： （1）完善了離心泵空化性能、空泡分布、振動和壓力脈動同步測試系統，獲得了不同工況下離心泵葉輪進口空泡的分布位置以及空泡隨葉輪轉動的產生與潰滅規律；分析了離心泵葉輪進口空泡分布與振動和壓力脈動的關係。 （2） 針對離心泵空化數值模擬過程中需人為不斷調整邊界條件的問題，基於批處理（Batch）和ANSYS-CFX建立了一種空化數值模擬自動運行方法，實現了CFD計算軟體的自動調用和邊界條件的自動修改，使計算能夠直接執行下一步。該方法保證了數值模擬過程的無縫銜接，縮短了計算周期。 （3）建立了一種適用於離心泵空化數值模擬的RCD湍流模型，並與試驗結果進行了對比，結果表明：RCD模型有效地抑制了傳統湍流模型對湍流粘度的過預測，並準確地捕捉到更為細緻的泵內湍流渦團與速度分布，使得數值計算能夠準確地模擬出離心泵內空化流非定常脫落與潰滅的現象。 （4）研究了ZGB空化模型中空泡半徑、汽化與凝結經驗係數對離心泵空化揚程下降曲線預測精度的影響， 考慮離心泵的旋轉運動特性和流體湍動能與空泡結構演變的內在聯繫，基於ZGB空化模型發展了一種適用於離心泵空化數值模擬的RZGB空化模型，建立了離心泵轉速和幾何結構與空泡半徑的函式關係。對比表明，RZGB模型能夠更準確地捕捉到離心泵進口空泡的三維特殊結構以及空穴尾端的不穩定現象。 本項目建立的空化流數值計算模型和方法為研究離心泵內部空化流動特性提供的新手段，為提高泵的效率和可靠性提供了基礎。本項目共發表論文10篇，其中SCI7篇；申請發明專利專利5項，其中3項授權；獲教育部科技進步二等獎1項，中國商業聯合會科技進步一等獎和二等獎各1項；培養研究生2名。
