柴油机气缸套空化现象与空蚀机理分析

针对柴油机气缸套在工作过程中因冷却液的空化发生空蚀现象,文中在对单缸冷却水套进行空化流动数值模拟的基础上,结合近壁面多空泡溃灭过程的仿真,从宏观和介观上研究了柴油机气缸套的空化现象和空蚀机理.首先,基于单缸冷却水套的模拟发现,缸套壁面的振动导致冷却液发生空化现象,生成大量空化气泡.然后,模拟了近壁面空泡的溃灭过程,并分析了空泡间距、空泡数量等因素对多空泡溃灭的影响.结果表明：空泡间距越小,溃灭时间越长,当泡心间距从0.050 mm减小至0.025 mm时,近壁面空泡的溃灭压力增大49.82%,产生的微射流速度增大10.56%;增加空泡数量,溃灭压力呈先增后减的趋势,当空泡数量由2个增至10个,微射流的速度增大44.93%.研究表明,空泡溃灭产生的微射流具有较高的水锤压力,该压力作用于缸套壁面,造成腐蚀破坏,是缸套发生空蚀的根本原因.     

套筒式蒸汽疏水阀多工况下的空化及噪声分析

针对蒸汽疏水阀内普遍存在的空化及噪声问题,设计了一种套筒式疏水阀.基于RANS方程、Mixture多相流模型及空化模型,对阀门内部的空化流动进行了数值模拟研究.并基于时均湍流流场信息与宽频噪声模型计算噪声源声功率分布特征,对比分析了阀门在空化和无空化工况时的噪声声功率.结果表明:疏水阀内空化主要发生于套筒节流孔处;阀内的空化强度随入口流速的增加而增强;空化发生的临界流速为2.5 m/s,当入口流速低于2.5 m/s时,阀内基本不发生空化;阀内的主要噪声源分布于套筒节流孔内的高流速空化区和阀腔环向壁面及阀腔底面的涡旋区内;套筒处的空化强度是决定套筒处最大声功率的主要因素,通过抑制套筒处的空化程度可有效降低套筒处声源最大声功率.     

农用运输车的使用维护

1.什么是气缸套穴蚀,怎样预防 气缸套穴蚀是指水套内的冷却水,因缸套受活塞侧压力作用而高频振动时所形成的“气泡”,在爆发时产生强大压力波,长期冲击和剥蚀缸套,使其产生蜂窝状小孔的现象。预防措施是:(1)适当减少缸套与其上下座孔的配合间隙,以减小缸套的振动频率和振幅。(2)在保证正常运转条件下     

气缸套穴蚀的原因及预防

发动机湿式气缸套在阻水圈附近和冷却水接触的外表面上 ,有时会出现密密麻麻的蜂窝状凹坑 ,甚至出现针孔造成漏水 ,这种现象称为穴蚀。原因　发动机工作时 ,由于燃烧爆发引起缸套振动 ,使气缸套外壁的冷却水附着层产生局部的高压和高真空。在高真空情况下 ,冷却水蒸发成水泡 ,有的水泡受振动挤入或直接发生在气缸套外壁微小的针孔内。当它们受高压冲击而破裂时 ,就在破裂区附近产生压力冲击波 ,其压力可达几ＭＰａ ,并以极短促的时间冲击气缸外壁 ,产生强烈的破坏力。这样反复不断地作用 ,使缸套外表面该区产生急速疲劳破坏 ,从而产生穴蚀现…     

如何防止柴油机气缸套的穴蚀破坏

气缸套穴蚀是指水套内的冷却水因气缸套受活塞侧压力作用而高频振动时所产生的气泡,在高频振动下,受压爆破,产生强大压力波,猛烈冲击和剥蚀缸套外壁。使其产生蜂窝状小孔洞的现象。气缸套穴蚀表现为：在连杆摆动方向的缸套外表面有蜂窝状孔群,发展下去将导致漏水、漏气,使柴油机无法工作。由于穴蚀是由振动和水流冲击引起的;所以,防止穴蚀主要从减小振动、吸收振动和控制空气泡的形成着手,除在制造上采取措施增强气缸套抗穴蚀的能力、提高气缸套的厚度和刚度,减轻气缸套的变形和高频振动外．在保修和使用中可采取如下措施：１．适…     

考虑水质状况的空化流计算理论

传统的空化流计算理论均以气穴内与表面上压力为常数,并等于海拔高度为零时的20℃清水汽化压力作为空化流的计算边界条件,把空化和汽化概念混为一谈,而且没有考虑水质状况对空化压力特性的重要影响.本文通过水质状况对空化压力特性影响的分析,提出了考虑水质状况的空化流计算理论与方法.该理论对势流理论和多相流理论的空化计算均适用.最后通过水轮机流场的计算实例验证了水质条件对空化流场流动特性的显著影响.     

含沙水流中空化促进磨损破坏机理

在对翼型试件进行空蚀、磨损及联合作用破坏研究的基础上,结合空化流场的测试及处理,研究含沙水流中水力机械过流表面空化行为促进磨损破坏的机理.对翼型表面不同位置空蚀、磨损及联合作用破坏微观形貌进行对比分析,得到了3种试验条件下微观形貌的破坏模式,确定了造成破坏模式的流场作用因素.对空化场图像进行了分析和处理,获得了翼型表面空化行为变化规律及特征.结合翼型表面破坏方式和空化场的分析,提出了在空化过程的空穴结构生长和空泡云溃灭两个阶段中,空化行为促进泥沙颗粒磨损破坏翼型试件的不同机理.在空穴结构生长阶段中,空穴结构推动颗粒加速;而在空泡云溃灭阶段,压力波或微射流则显著增大泥沙颗粒的运动速度.在两个阶段各自对颗粒速度的影响增大了联合作用的破坏能力.对翼型表面磨损及联合作用时破坏深度测量的试验结果验证了该观点.     

基于CFD的轴流泵空化特性预测

基于空泡动力学和汽液两相流理论,应用计算流体动力学（CFD）技术模拟了轴流泵在不同进口压力条件下（包含轴流泵中未发生空化和发生剧烈空化的多种情况）的流场,研究了随着空化发生、发展速度场及压力场变化过程,并对轴流泵能量特性、空化性能进行了预测．结果表明,在非空化条件下,CFD计算可较准确地预测水泵扬程等能量特性,预测值与试验值相差在2％以内;在空化条件下,CFD计算成功地捕获到了空化发生、发展过程;流场中空化发生直接影响叶轮叶片上的压力分布,进而影响水泵的扬程、轴功率等外特性;在发生空化条件下,导叶背面进水边靠近轮缘位置也会出现空化现象;在叶轮各个通道内空化区域分布相似,轴对称性明显,而导叶体内各个通道的空化区域分布差异大,呈明显的非轴对称分布,该非轴对称性的空化区域也是空化造成轴流泵不稳定运行的一个因素．     

浆体流量对矿浆泵空化特性的影响

为分析浆体流量对深海采矿矿浆泵空化特性的影响,建立了两级矿浆泵三维流场模型.基于欧拉多相流模型、Schnerr-Sauer空化模型、RNG k-ε湍流模型,利用计算流体力学理论和Fluent软件对矿浆泵进行数值计算.设置矿石颗粒直径d为20 mm,浆体中颗粒体积分数C_V为8%,矿浆泵转速n为1 450 r/min,在该工况下研究矿浆泵输送不同浆体流量时泵的空化特性,比较不同空化特性下矿浆泵内压力分布、气相分布及工作性能的不同,并进行试验对比验证,为矿浆泵空化特性提供理论依据.研究结果表明:深海采矿矿浆泵首级叶轮前端呈现明显的低压区,且该低压区域的面积随着流量的增大而减小;气相体积分数分布区域与低压区呈现类似的规律;空化发生区域出现了速度旋涡现象,增大了流场的不稳定性;随着流量的增加,空化余量增大,空化现象不明显,对矿浆泵扬程的影响也越小.     

工质为浑水时水泵与水轮机的空化与空蚀

对工质为浑水时水泵与水轮机的空化与空蚀进行了试验,结果表明,泥沙表面缝隙中寄存有许多气核,当压力降低时气核膨胀形成气泡,进而脱离沙粒表面发生空化;当沙质、水温一定时,浑水的空化压力特性完全由站址所在地的海拔高度、泥沙质量浓度、泥沙粒径等3个要素决定;在前两个因素一定的情况下,泥沙颗粒越小,即泥沙越细时,初生空化压力与临界空化压力越高.浑水时气核数量远多于清水;浑水发生空化时,气泡溃灭引发的夹沙射流强度大于清水射流,由于这两个因素致使在含沙水流工作的水泵与水轮机,在相同的装置条件下,空蚀破坏较清水时强烈.目前,空化流场计算和空化数计算都存在着把空化压力取做海拔高度为零时清水的汽化压力的错误,使计算结果严重失实.     

间隙比对近壁不同钝体涡激振动特性的影响

为研究不同间隙比L/D对近壁单圆柱与单方柱的涡激振动特性的影响,了解尾流对壁面不稳定性的作用机理,搭建了开式循环水槽试验台,利用粒子图像测速(PIV)系统,对过渡流下2种近壁模型进行了试验研究.结果表明:两者具有相似的涡激振动特性,当L/D很小时,钝体下侧剪切层发展受到抑制;随着L/D增大,壁面的抑制作用减弱,尾流处有形成旋涡对的趋势,旋涡逐渐靠近钝体并趋于对称,涡的尺度先增大后减小,近壁面附近流体的加速效应先增强后减弱,且主振频率逐渐减小;两者都呈现出周期性的涡脱运动,但也存在差异,方柱尾流分离点固定,而圆柱不固定;同一Re下,相同L/D下方柱涡的尺度比圆柱更大,近壁面附近的流速也更快;随着L/D增大,圆柱尾流处振幅先增强后减弱,而方柱一直增强且主振频率略小,表明近壁方柱涡脱落周期比圆柱更长.对实际工程领域应用具有一定的参考价值.     

直流式迷宫调节阀流道降压流动特性及临界空化预测

针对高降压、高速流的直流式迷宫压力调节阀阀芯内部流道空化损伤失效现象,基于临界空化压力预测方法进行流体力学计算,结合Mixture多相流中的Schnerr-Sauer空化模型和Realizable k-ε湍流模型,数值模拟了偶数级数2N(N=1,2,3,4)流道在不同出口压力(0.1~0.8 MPa)下的临界空化进口压力,并分析了八级流道的压力、速度、相分率等参数的变化规律.研究结果表明:除进口级数外,流体经过垂直于进口流动方向的级数后才会产生旋涡,旋涡的产生会导致能量耗散和降压;在出口近壁面处,旋涡形成的低压区低于流体的饱和蒸气压,发生了局部空化;相同流道级数递增出口压力下的临界空化压差呈现线性函数增长趋势;相同出口压力递增流道级数下的临界空化压差呈现指数函数增长趋势.因此,可根据涡流能量耗散降压原理及临界空化线性、指数趋势线方程在改进优化迷宫流道结构设计促进涡流产生的同时选择合适的工况压力和流道级数来避免空化.     

不同亚格子模型在水翼云空化数值计算中的适用性分析

为了研究不同亚格子模型在计算绕二维Clark-Y水翼非定常空化流动中的适用性,基于均相流假设及Zwart空化模型,并分别利用Wall-Adapting Local Eddy-Viscosity(WALE),Smagorinsky-Lilly,Algebraic Wall-Modeled LES Model(WMLES)及Dynamic Kinetic Energy Subgrid-Scale Model(KET)4种不同亚格子模型对控制方程组进行封闭.得到了云空化时不同亚格子模型预测的翼型升阻力系数、不同位置处流场时均速度分布、空泡形态周期性变化等非定常流动特征,并与相应试验数据进行对比.研究表明:与其他亚格子模型的预测结果相比,WALE模型模拟得到的平均升力系数与试验测量值最吻合,二者相对误差仅在1%以内,且其预测的瞬时升力系数与相应试验值也呈现较为一致的震荡规律;WALE模型能更准确地捕捉云空化阶段空泡非定常演变特征,包括翼型前缘附着型空穴增长,以及在回射流作用下片状空泡的断裂和云空泡脱落行为.基于WALE模型的计算结果,采用Q准则表达了水翼空化尾迹的旋涡结构,发现空泡的脱落及云状空泡的形成诱发了旋涡产生.     

Numerical simulation of cavitation around a Clark-Y hydrofoil with different LES models in OpenFOAM

A finite volume, multiphase solver in the framework of OpenFOAM is used to calculate the flow field of the cavitating flow over the Clark-Y hydrofoil. This solver uses Transport Based Equation Model (TEM) to solve the liquid volume fraction, and utilizes volume of fluid (VOF) technique to predict the interface between liquid and vapor phases. The simulation is designed to study the cavitation shedding and different fluid characteristics in the cloud cavitation regime when adopting two different Large Eddy Simulation (LES) models, namely, one equation eddy viscosity (oneEqEddy) model and Smagorinsky model. It is shown that these two models can be used to study the cavitation shedding dynamics and predict the velocity profiles.     

混输泵小流量工况的空化特性

为改善混输泵在小流量工况下的水力性能,采用基于均相流假设的多相流模型和Rayleigh-Plesset方程,应用标准k-ε湍流模型,对混输泵小流量工况全流道空化流场进行数值模拟,分析几种典型空化工况下混输泵的输运性能以及在不同工况下叶轮内部空泡的分布规律,最后根据模拟结果预测混输泵的能量特性并与试验结果作对比分析,从而在一定程度上验证了数值模拟的可靠性.研究结果表明:在小流量工况下,叶片进口绕流和动静干涉对叶轮内的流动分离产生较大的影响,同时旋涡形成的低压区会加剧进口空化、降低泵的混输性能;从初生到深度空化发展过程中,空化首先发生在叶片进口和靠近中间位置,在叶片背面进口的空化程度较严重,越靠近轮毂空化程度越严重,甚至阻塞流动,加剧叶轮内相态分离.该研究结果为混输泵的进一步优化设计、性能改善及实验研究提供理论依据.     

超超临界电站锅炉储水罐用调节阀及管配系统流场特性分析

针对超超临界电站锅炉储水罐用调节阀国产化研制中流场结构设计面临的问题,结合前期配置于某电站储水罐用调节阀及管配系统底板汽蚀击穿故障现象,基于两相空化流动控制方程和Fluent流场数值模拟手段,采用RNG k-ε湍流模型及耦合算法,对该调节阀流场结构及管配系统流场特性进行数值模拟分析计算,并进行流场结构及特性验证,结构改进优化设计.重点分析了压锥式调节阀及管配系统流场特性,结果表明:压锥式调节阀在设计工况下,由于阀门开度较小,高温介质在喉口处发生严重的汽化现象,气化率达90%以上,介质速度较高达到143 m/s,以至于管配系统底板被冲击至击穿.针对失效原因,提出了一种新型笼罩式调节阀,优化结构流场模拟结果表明,在阀门喉口含汽量减少了21.6%,盲板附近的速度降低了80%,表明汽化现象得到了抑制,管配系统能够安全运行.模拟结果较好展示了阀门流场的分布规律,为该类调节阀结构设计与优化提供可借鉴的理论依据,对电站锅炉调节阀国产化推进具有一定促进作用.     

翼型间隙空化数值模拟的湍流模型比较分析

为了比较不同湍流模型对间隙泄漏空化计算的影响及间隙泄漏空化的流动特性,利用CFD方法对一侧有间隙的翼型绕流流动进行分析.选取具有不同攻角和间隙的翼型作为研究对象,并利用3种常用的湍流模型,结合修正后的空化模型,对翼型间隙泄漏涡引起的空化进行计算.计算结果表明:修正密度的RNG k-ε模型对间隙泄漏空化的形态预测及泄漏涡附近主流方向速度分布的预测更为准确;受壁面条件和翼型尾迹的影响,泄漏涡所在位置的主流方向速度在间隙为10 mm时具有较大值.小间隙条件下,翼型间隙内侧的剪切空化更为强烈,翼型上方的泄漏空化距翼型上表面更远.间隙增大至10 mm时,较高的涡中心速度使泄漏涡空化发展距离更远、溃灭更慢.翼型叶顶的圆角对间隙流动有一定的引导作用,使间隙内侧及其附近的速度分布更为均匀,并对空化的发生位置产生影响.