轴流泵内部空化特性数值计算研究

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1、分类号学号M201270973学校代码10487密级硕士学位论文轴流泵内部空化特性数值计算研究学位申请人：陶迎学科专业：流体机械及工程指导教师：陈喜阳答辩日期：2015年5月15日ADissertationSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringNumericalResearchofCavitationFlowinAxialFlowPumpCandidate:TaoYingMajor:Flu

2、idMachinery&EngineeringSupervisor:ChenXiyangHuazhongUniversityofScience&TechnologyWuhan430074,P.R.ChinaMay,2015独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论

3、文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本授权书。本论文属于不保密□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日华中科技大学硕士学位论文摘要空化现象在水力机械中普遍存在，

4、并会对机组的安全稳定运行产生影响，如何改善水力机械空化性能并对其进行空化在线监测是当前研究的热点问题。随着技术快速发展，数值计算的可靠性已经得到广泛认可。本文通过数值计算对轴流泵内部空化流动进行分析，较好地预测了轴流泵的空化特性，为空化研究提供重要参考。针对NACA0009翼型，选用不同的湍流模型和空化模型进行数值计算。计算结果表明对于单翼型绕流，SST湍流模型和Rayleigh-Plesset空化模型数值预测结果与试验值最为接近，同时也验证了空化数值计算方法的可靠性。基于Rayleigh-Plesset空

5、化模型，对一台卧式轴流泵展开空化定常数值计算。计算结果表明，在设计流量下空化初生于叶片吸力面头部靠近轮缘侧，并不断沿轴向往叶轮出口以及沿径向往轮毂方向扩散。在不同流量下空化初生及发展区域并不相同，此时轴流泵空化性能有明显差别，在设计流量时最好，偏离设计流量时变差。在其他参数不变基础上，通过数值计算分析了不同叶片数和导叶数对轴流泵空化性能的影响。叶片数越多，轴流泵扬程越高，其空化性能越好，不过在临界空化后其扬程下降速度越快。而导叶数改变对轴流泵能量特性和空化性能影响极小。选取几个不同空化工况对轴流泵展开非定常

6、数值解析，时频特性分析表明轴流泵内不同截面处压力脉动各不相同：在叶轮进口，压力脉动频率成分只受叶轮影响，各监测点主频均为叶频；在叶轮出口和导叶出口，压力脉动频率成分受到叶轮与导叶的共同影响，其中叶轮占据主导地位，各监测点主频均为叶频或2倍叶频。受动静干涉效应的影响，不同截面监测点脉动幅值随空化发展呈现出不同变化趋势。同时，叶轮在X和Y方向受力频率成分也受到叶轮与导叶共同影响，且主频幅值随空化发展呈现出相同变化趋势：幅值先增大后减小，并在临界空化时达到最大值。空化数值计算对于改善轴流泵空化性能具有重要意义，同

7、时可尝试建立空化程度与压力脉动强度、叶轮径向受力特征量之间的关系，为空化监测提供重要参考。关键词：翼型轴流泵空化压力脉动径向力I华中科技大学硕士学位论文ABSTRACTItisanormalphenomenonthatcavitationoccursinhydraulicmachinery,whichhasanobviousimpactonthesafeandstableoperationoftheunit.Therefore,researchesonhowtoimprovethecavitationper

8、formanceandmonitorthereal-timestatusoftheunitinoperationhavebecomehottopics.Withremarkabledevelopmentofthesimulationtechnology,thereliabilityofsimulationhasbeenwidelyrecognized.Inthispaper,theinternalcavitati