翼型繞流誘導(dǎo)振動及空化流動的研究.pdf

1、空化是加劇軸流泵振動、破壞機組穩(wěn)定性的典型的水力因素之一。翼型是構(gòu)成軸流泵葉片的基元，翼型的水動力特性和振動特性可直接映射葉片的相關(guān)性能，因此研究翼型不同空化條件下繞流特征、壓力脈動特性，探尋流動結(jié)構(gòu)和流激力之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，確定翼型低振動來流條件是探索流激振動機理、發(fā)展軸流泵減振降噪技術(shù)的基礎(chǔ)。
　　本文在國家自然科學(xué)基金項目的資助下以軸流泵葉片設(shè)計中常用的791翼型為研究對象，綜合運用理論分析、數(shù)值計算和實驗測量手段對翼型繞流誘

2、導(dǎo)的振動信號和空化繞流結(jié)構(gòu)及壓力脈動特性進行研究，試圖揭示翼型非穩(wěn)態(tài)繞流特征和振動特性之間的映射關(guān)系。本文的主要研究工作和結(jié)論如下:
　　(1)目前的研究表明，特定翼型空化繞流四個典型階段的宏觀特性和局部特征已基本掌握，但各典型階段之間的轉(zhuǎn)變機制以及流動結(jié)構(gòu)與流體激勵力之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系尚未建立，目前還無法準確預(yù)測空化繞流對固體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響規(guī)律。因此本文從空化流動結(jié)構(gòu)和流激力之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系及各階段之間的轉(zhuǎn)變機制角度出發(fā)，開展了一定

3、的研究。
　　(2)對不同來流條件（雷諾數(shù)、來流攻角）下翼型固定端的振動加速度信號進行了高頻動態(tài)測量，重點研究了振動信號與來流條件之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，結(jié)果表明，低頻段(10～315Hz)內(nèi)各攻角下振動能量均方根值隨雷諾數(shù)的增大均呈現(xiàn)先小幅增加，后大幅減小再增加的趨勢。全頻段(10～8000Hz)內(nèi)各攻角下振動能量均方根值隨雷諾數(shù)的增大均呈現(xiàn)先穩(wěn)定后大幅增加的趨勢。以低振動能量為判定依據(jù)，確定了翼型的最佳來流條件。
　　(3)對7

4、91翼型的空化流動的動力特性及壓力脈動特性進行了研究分析。結(jié)果表明，翼型表面空穴的非穩(wěn)態(tài)演變與翼型動力特性變化相互映射，翼型升力系數(shù)的主頻率與主空穴演變周期相吻合?？昭S時間的變化同時也引起了翼型表面的壓力脈動的變化。
　　(4)通過非定常數(shù)值計算，初步預(yù)測了翼型各空化階段的流動結(jié)構(gòu)與壓力脈動之間的響應(yīng)關(guān)系。得出空化初生、云狀空化階段主空穴的周期性演變頻率以及翼型展向外緣處小空泡的周期性脫落所引發(fā)的頻率成為這兩個階段壓力脈動主要激