《泵內受迫湍流的渦動力學特徵及其激勵機制》是依託江蘇大學，由高波擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：泵內受迫湍流的渦動力學特徵及其激勵機制
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：高波
- 依託單位：江蘇大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
受迫湍流流動及其激勵機制是泵內流激振動的關鍵問題。本項目從錯列平板葉柵基礎繞流問題入手，運用先進的流場顯示、測量和LES數值計算方法，研究繞葉柵形成的受迫湍流邊界層、尾跡、尾渦脫落及尾跡干涉等基礎流動問題。基於渦動力學理論分析、本徵正交分解、頻譜分析等流場數據解讀，揭示受迫湍流的多重尺度渦結構及其時空演化特徵。通過同步採集壓力脈動、結構回響等信號並進行激勵源識別，採用互相關函式分析不同尺度渦所對應的激勵特性，構建渦動-回響內在關聯關係，探究葉柵受迫湍流單向渦激振動機制。繼而探索泵內動/靜干涉環境下的受迫湍流渦動力學結構，捕捉泵內流激勵回響特性，試圖揭示泵內的渦激振動機制，初步形成基於渦動力學的泵內流激勵理論。項目研究成果將對泵內流激振動機理作出新詮釋，豐富渦激振動理論，為泵內受迫湍流渦的有效控制奠定基礎，也可為裝備主動減振降噪、低噪聲設計方法研究提供理論支撐。
結題摘要
受迫湍流流動及其激勵機制是泵內流激振動的關鍵問題。本項目從錯列平板葉柵基礎繞流入手，研究繞葉柵形成的受迫湍流基礎流動問題，揭示多重尺度渦結構及其時空演化特徵；繼而，對泵內動/靜干涉環境下的受迫湍流渦動力學結構進行研究，捕捉泵內流激勵回響特性，揭示泵內的渦激振動機制，初步形成泵內流激勵理論。主要的研究內容及成果如下： 通過LES數值計算和PIV、LDA流場測量等試驗手段，呈現了單平板、錯列雙平板以及四平板葉柵的複雜流動規律，成功捕捉到不同來流條件下的非穩態繞流流場典型渦結構形態及時空演化過程。在5000≤Re≤100000範圍內，單平板繞流場可劃分為“回流區、線性增長區、速度過渡區及緩慢增長區”四個典型的繞流區域；對於錯列布置平板，上游平板速度特徵頻率明顯偏大，且隨著間距比增大，兩平板之間速度譜差異減小；對於四平板葉柵繞流，間距較小時，各平板受升力波動幅值都較低，而間距較大時，平板受到升力波動幅值明顯增大，各平板尾渦脫落頻率一致。基於前期單平板繞流的渦動-回響激勵機制，對離心泵內部動靜干涉條件下受迫湍流及渦動力學特徵進行分析，特別針對隔舌附近的渦演化結構進行精細解析，構建出其與水力激勵特性之間的關聯關係。結果表明葉輪-隔舌的動靜干涉作用是引起離心泵內部產生高水平壓力脈動的主要激勵源之一；在此基礎上，通過改變葉輪葉片尾緣形狀，發現對葉片尾緣修型可實現泵內流動激勵水平的有效控制，其中EPS、EBS型尾緣可明顯減小葉頻及二倍葉頻處的能量幅值，在額定流量下，EPS型尾緣監測點壓力幅值下降21.5%。本項目研究成果將對泵內流激振動機理作出新詮釋，豐富渦激振動理論，為泵內受迫湍流渦的有效控制奠定基礎，也可為裝備主動減振降噪、低噪聲設計方法研究提供理論支撐。項目實施期間，發表相關學術期刊論文25篇、會議論文13篇，其中SCI收錄12篇，EI收錄10篇。項目組成員參加ASME-JSME-KSME聯合流體機械會議2人次，參加國內工程熱物理年會並做分組匯報11人次。項目負責人赴美國北卡羅萊納州立大學開展訪問學者合作研究1年，受邀赴澳洲皇家墨爾本理工大學、紐西蘭坎特伯雷大學、美國夏威夷大學短期學術交流共3次。授權國家發明專利6件。培養碩士研究生6人，博士研究生2人，青年教師1人。
