吴苏青
- 作品数：10 被引量：200H指数：9
- 供职机构：江苏大学流体机械工程技术研究中心更多>>
- 发文基金：国家自然科学基金江苏省自然科学基金中国博士后科学基金更多>>
- 相关领域：机械工程农业科学更多>>
- 轴流泵运行工况和叶顶间隙对叶顶泄漏涡轨迹的影响被引量：4
- 2014年
- 采用SST k-ω湍流模型模拟和旋涡强度方法,对某一轴流泵模型泵叶轮叶顶区流场和叶顶泄漏涡轨迹进行了数值计算,分析了运行工况和叶顶间隙两个因素对轴流泵叶顶泄漏涡运动轨迹的影响.数值模拟结果表明,随着流量增大,轴流泵叶顶泄漏涡的涡核轨迹起点由叶尖向叶片翼型中部逐渐移动.随着流量的增大,叶片流道内的流动方向发生偏移,叶顶泄漏涡在主流的卷吸下,运动轨迹随之变化,涡轨迹线的斜率受叶轮内主流的影响而变大.随着叶顶间隙增大,泄漏涡的卷吸程度逐渐增强,影响范围增大,涡核的起点由叶片前缘逐渐向后缘移动,且涡核的压力逐渐降低,因此在大间隙时涡带更易出现空化现象.当叶顶间隙达到1.5 mm时,轴流泵在0.9Qd工况附近出现驼峰现象,说明叶顶泄漏涡对驼峰区不稳定流场具有重要的影响.
- 施卫东邵佩佩张德胜吴苏青李通通
- 关键词：轴流泵叶顶间隙
- 基于大涡模拟的轴流泵叶顶泄漏涡瞬态特性分析被引量：11
- 2015年
- 为了深入掌握轴流泵叶顶区湍流特性,采用大涡模拟方法对某一模型轴流泵内部非定常流动进行了数值模拟。根据时域和频域特性图,分析间隙内压差和泄漏速度之间的关联现象,讨论了叶顶间隙内泄漏流的瞬态特性。根据三维泄漏涡结构,揭示了轴流泵叶顶区不同类型的涡系,叶顶泄漏涡带在剪切层内涡丝动力的驱动下逐渐变长,然后与射流剪切层分离;叶顶间隙内涡团的瞬态变化大于叶顶泄漏涡的周期性变化,导致剪切层内的小尺度涡的生成周期时间较短,其在主泄漏涡带上方形成了小尺度泄漏流涡带。从叶顶轴平面的涡结构可发现,随着弦长系数的增大,剪切层内的分离涡不断被分离并且被叶顶泄漏涡卷吸,在主泄漏涡向相邻叶片压力面的运动过程中,其涡量不断减小,并且在转轮室端壁面附近不断诱导各种尺度的涡产生。
- 张德胜石磊陈健耿琳琳吴苏青
- 关键词：湍流大涡模拟瞬态特性
- 不同转速下轴流泵压力脉动试验被引量：12
- 2014年
- 针对某一轴流泵模型，分别在转速1450、1200、1000r／min下，通过试验手段对其关键测点进行了压力脉动测量。通过幅值分析得到，随着流量的增大，RMS值曲线在叶轮进口处呈先降低后升高的趋势，在叶轮出口和导叶出口处呈逐渐降低趋势，转速越高RMS值变化速率越快。从频域来看，叶轮进口在3个转速下主频都为[1-r频，并在1450r／min、1200r／min转速下还存在Fn、2Fn,3Fn等比较明显的频率成分；叶轮出口压力脉动的频率范围主要分布在0～8Fn，之间，在1450r／min、1200r／min转速下，其主频出现在（3～4）Fn之间，在1000r／min转速下，其主频往大频率方向有所偏移，主要集中在（4～6）Fn之间；导叶出口压力脉动的频率范围主要分布在0，12Fn之间，在1450r／min、l200r／min两个转速下，其主频出现在（4～6）Fn之间，在1000r／min转速下，其主频主要出现在（6．8）Fn之间．
- 施卫东姚捷张德胜吴苏青王海宇
- 关键词：轴流泵压力脉动频谱特性
- 采样频率和时间对轴流泵压力脉动特性的影响被引量：28
- 2013年
- 为了更准确地分析轴流泵的压力脉动特性,基于结构化网格,在考虑叶顶间隙的情况下,以时均N-S方程为基本控制方程,采用标准k-ε双方程湍流模型和SIMPLEC算法,对轴流泵模型进行了不同的采样频率和采样时间下的全流场非定常数值计算,并分析其对计算结果的影响.结果表明:在进行压力脉动分析时,若取静压作为傅里叶变换的纵坐标,频域图中频率为0时的物理意义即该点平均静压值;采样频率和采样时间对轴流泵压力脉动时域特性和频域特性具有重要影响,指出了因采样频率过小而导致的混叠现象在时域和频域中的表现;并推导出当保证采样时间与叶轮周期和叶片数乘积的比值达到整数倍关系时,基频处不会发生频谱泄漏,并建立了普遍适用轴流泵压力脉动数值计算采样时间的选取公式,进而从公式得出针对不同转速的轴流泵,应选择不同的采样时间.结果为进一步分析轴流泵压力脉动提供了一定参考.
- 施卫东姚捷张德胜张华吴苏青
- 关键词：轴流泵压力脉动采样频率采样时间时域特性
- 叶片数对高比转数轴流泵空化特性的影响被引量：30
- 2013年
- 基于shear stress transport(SST)k-ω湍流模型和Zwart空化模型,针对某一高比转数轴流泵模型,对叶片数分别为3、4和5的3组叶轮方案,分别进行了空化流场模拟和实验,计算了不同叶片数下的流量-扬程曲线、流量-效率曲线和空化性能曲线,得到了3组叶轮的临界空化余量NPSHc分别为6.19 m、5.122 m和4.765 m。与叶片数为3的叶轮方案对比,另外2组叶片数方案的NPSH值分别降低了17.25%和23.02%。在空化充分发展的工况范围,发现叶片数多的叶轮的扬程对NPSH降低较敏感;针对轴流泵叶片背面的固定空化和叶顶间隙的旋涡空化,用空泡分布来表征空化的程度,分析了其在不同空化余量下空泡分布的变化规律。通过对比得到,相同NPSH下,叶片数Z=5的叶轮,叶片背面空泡分布体积较少,即空化的程度较低;但其空化严重区的空泡体积增幅较大,即空化发展的速度较快;叶顶区域的叶顶涡诱导的低压区随叶片数减少,范围逐渐向上游扩大,轮缘的空泡体积也随之增大,叶顶泄漏空化更加严重。即叶片数对不同类型空化情况,以及相同类型的不同程度的空化情况影响不同。
- 施卫东吴苏青张德胜姚捷张光建
- 关键词：轴流泵空化
- 轴流泵小流量工况条件下叶顶泄漏空化特性被引量：20
- 2013年
- 为了研究轴流泵小流量工况下叶顶泄漏涡的空化问题,该文以TJ04-ZL-02轴流泵水力模型为研究对象,基于修正的空化模型和SST k-ω湍流模型,分析了叶顶间隙泄漏涡的空化特性。数值计算结果表明,叶顶间隙内泄漏流在工作面拐角处产生分离涡空化,其与叶顶泄漏涡空化共同构成轴流泵的初生空化;在同一空化数下,不同叶片弦长系数的截面空化情况不同,随着弦长系数的增加,叶顶泄漏涡的空化区域和空泡体积分数逐渐增大。随着空化数减小,叶顶泄漏涡的卷吸区也出现空泡团,并与涡带连成一片形成空泡云。在小流量工况下,叶顶区工作面和背面压差较大,间隙轴向速度均出现矢量负值。高速摄影试验结果表明,在小流量工况下,随着空化数的降低,空化现象率先出现间隙内部,接着空化程度不断增加,泄漏涡导致的空泡急剧增加,形成的空泡云在叶片尾部区域发生爆破。当空化数为σ=0.187-0.232时,空泡布满了叶片背面,且叶顶区的空泡在轴向厚度增大,且在叶片后缘出现了明显的空泡脱落现象。
- 张德胜吴苏青施卫东潘大志王海宇李通通
- 关键词：轴流空化小流量工况高速摄影
- 轴流泵压力脉动数值计算与试验被引量：21
- 2013年
- 以轴流泵优秀水力模型为研究对象,考虑各管段的实际安装尺寸,流体域用结构网格离散,并选用标准k-ε湍流模型,进行全流场的定常和非定常计算。监测非定常计算时叶轮进口、叶轮出口、导叶中间和导叶出口处的压力脉动值。结果表明预测所得到的结果与试验结果吻合较好。对不同转速下轴流泵压力脉动特性沿径向的分布规律进行统计和分析,发现当转速发生变化时,压力脉动混频幅值的均方根值(RMS)沿径向变化规律也发生了变化。从频域图可知,在叶轮出口,流道的中间和靠近轮毂区域出现较大分频幅值(即各频率分量所对应的幅值);在导叶出口,流道中间测点的分频幅值相对较高,靠近轮毂区域和流道外缘的测点分频幅值相对较低。
- 姚捷施卫东吴苏青张德胜王海宇胡啟祥
- 关键词：轴流泵压力脉动转速频谱特性
- 入口非均匀流对轴流泵性能和压力脉动的影响被引量：28
- 2014年
- 为研究入流条件对轴流泵的影响,建立了2种不同类型的非均匀速度入口分布,分别与均匀入流进行比较,得到非均匀入口边界条件对轴流泵影响的数值计算结果.将均匀入流下的数值模拟结果与试验值进行对比,验证了数值模型的可信性.在0.7Q^1.2Q工况范围内,对轴流泵的扬程、效率和径向力等曲线进行了对比分析,得出受入口速度非均匀性影响、轴流泵性能和径向载荷的变化结果.最后,在定常模拟的基础上,对设计工况下叶轮入口、叶轮出口和导叶出口处的压力脉动进行了监测,得到了2种非均匀入流条件对轴流泵3个典型位置处压力脉动的影响情况.结果表明,通过控制进口入流情况,可以使文中所研究的轴流泵的水动力性能好于轴向均匀入流时的水动力性能.
- 施卫东张光建张德胜吴苏青徐焰栋
- 关键词：轴流泵压力脉动数值模拟
- 叶顶形状对轴流泵空化性能的影响被引量：16
- 2014年
- 轴流泵叶轮与转轮室之间间隙内的泄漏流动与主流相互掺混形成的泄漏涡是导致轴流泵叶顶空化的重要原因。为研究合适的叶顶形状来控制和改善叶顶泄漏空化,通过高速摄影空化试验,比较了试验结果和数值计算结果,验证了本次数值计算的正确性。再在原始平面叶顶方案的基础上,通过数值计算,分别研究了3种叶顶形状(倒圆叶顶、斜切叶顶以及倒圆斜切叶顶)对轴流泵叶顶空化的影响。叶轮水体采用结构网格划分,以便精确捕捉间隙区域的流场特性。结果表明:倒圆叶顶和倒圆斜切叶顶方案的扬程和效率都有所下降,但斜切叶顶有所升高。虽然倒圆叶顶消除了角涡空化,但泄漏涡空化加剧;而斜切叶顶得到的结果却与之相反,且斜切叶顶的间隙内会有漩涡空化产生;相比之下,倒圆斜切叶顶的角涡空化和泄漏涡空化都得到了较好的控制。根据研究结果,建议在满足外特性性能要求的情况下,采用倒圆斜切叶顶方案可以较好地控制轴流泵的叶顶空化。
- 施卫东吴苏青张德胜姚捷程成
- 关键词：轴流泵空化
- 不同湍流模型在轴流泵叶顶泄漏涡模拟中的应用与验证被引量：65
- 2013年
- 为寻求一种经济、适合的湍流模型模拟轴流泵叶顶泄漏涡的结构和运动特性,该文基于ANSYS CFX软件平台,优化了六面体网格拓扑结构,比较了标准k-ε湍流模型(standard k-ε)、重正化群k-ε湍流模型(renormalization group k-ε,RNG),标准k-ω湍流模型(standard k-ω)和SST k-ω湍流模型(shear stress transport)等4种湍流模型在轴流泵叶顶泄漏涡模拟中的计算精度和叶顶泄漏涡流场特征。数值模拟和试验结果表明,在最优工况下,SST k-ω湍流模型预测外特性曲线与试验曲线吻合较好,扬程误差为4.688%,较其他3种湍流模型准确;4种湍流模型计算的叶顶泄漏涡流线、叶顶区压力场和轴面速度场分布规律相似,但RNG k-ε和SST k-ω湍流模型计算的涡卷吸较强,涡带的旋涡强度相对较大。基于旋涡强度提出了一种对叶顶泄漏涡的涡心进行识别的方法,并与高速摄影拍摄的涡带结果进行了对比,在设计流量工况和大流量工况下,发现SST k-ω湍流模型计算的叶顶泄漏涡运动轨迹与试验结果吻合度较好,验证了SST k-ω湍流模型在轴流泵叶顶泄漏涡模拟具有较好的适用性。
- 张德胜吴苏青施卫东潘大志姚捷张光建
- 关键词：轴流泵数值模拟湍流网格优化
