气液混合流体动态体积弹性模量理论模型研究

体积弹性模量是气液混合流体的基本属性之一,但现有模型与流体压缩和膨胀过程中动态体积弹性模量的匹配度仍有待进一步提高。采用集中参数法,以完全空化模型为基础,结合改进的Henry定律和气体多变过程方程,确定气液混合流体动态体积弹性模量理论模型(Model1)。计算结果表明,由于压缩和膨胀过程中混合流体中自由气体的含量不同,动态体积弹性模量出现较为明显的"迟滞"现象,在相同压力下,压缩过程的计算结果均小于膨胀过程。由参数影响分析可知,不论是压缩过程还是膨胀过程,压力变化周期相同时,初始含气率越高,相同压力下的动态体积弹性模量越小;初始含气率相同且压力高于空气分离压时,压力变化周期越长,相同压力下的动态体积弹性模量越大,且当压力超过空气分离压的时间足够长时,气液混合流体所含空气完全溶解,体积弹性模量基本保持不变。将试验结果与Model1模型、三种稳态模型和另一种动态模型(Sakama模型)进行对比,在压缩与膨胀过程中Mode1模型与试验数据间的拟合优度分别为0.976 3和0.985 9,Sakama模型与试验数据间的拟合优度为0.969 7和0.952 1,说明Mode1模型与试验结果更接近,提高动态体积弹性模量预测的准确性。本项研究可为气液混合流体动态体积弹性模量的准确计算提供理论依据。     

气液混合流体的体积弹性模量理论模型研究

气液混合流体的体积弹性模量是流体本身的物理性质,直接影响流体传动的准确性、快速性和稳定性。建立准确的气液混合流体体积弹性模量理论模型是实现流体机械设计和优化的基础,具有重要的理论和工程应用价值。通过分析流体空化演变过程,在亨利定律的基础上,运用五次多项式法建立流体内气相组分含量与压力间的数学模型,推导出气液混合流体体积弹性模量理论模型(Model1)。结合物理试验样本数据,选取三种流体体积弹性模量理论模型与Model1的计算结果进行对比,并分析初始含气量和流体压力对气液混合流体体积弹性模量的影响规律。研究结果表明:Wylie与Nykanen模型在等温条件下的体积弹性模量差别很小,在全压力范围内的体积弹性模量均比较接近;Ruan模型在高压区的体积模量预测结果偏大,而在低压区与Wylie模型比较接近;所建立的Model1模型的体积弹性模量预测结果与物理试验实测点更接近,且在考虑低压区流体呈现气态特性的基础上,给出了更加准确的低压区气液混合流体体积弹性模量预测方法。本项研究可为建立准确的气液混合流体体积弹性模量理论模型提供参考。     

工况参数对螺旋槽机械密封液膜空化特性的影响

为了合理选择各因素以实现对液膜空化的有效控制,以螺旋槽机械密封为研究对象,采用流线迎风有限元法求解满足质量守恒JFO边界条件的控制方程,分析工况参数对液膜空化特性的影响。结果表明:介质黏度、平衡半径和弹簧力减小时,迎流侧压力降低,背流侧压力提升,液膜空化率降低,空化临界转速与临界压力变化趋势相反;介质黏度和弹簧力越小,空化率随转速的变化曲线越平缓,随内径压力的变化速率越小;平衡半径越小,空化率随转速的变化曲线越平缓,随内径压力的变化速率越大。     

科氏流量计应用于气液两相流测量的实验研究

以空气-水为介质,对科氏流量计应用于气液两相流双参数测量进行了实验研究.实验过程中保持液相流量一定,通过加入不同体积分数的空气来分析含气率对科氏流量计测量精度的影响,采用Weisman垂直上升管气液两相流流型图与实验数据进行了比较.结合实验结果,初步归纳出含气量、流型和科氏流量计测量精度之间的关系,总结出液相中含气影响科氏流量计测量精度的主要因素及其影响规律,为进一步研究科氏流量计气液两相流测量误差修正提供了一种技术方法.     

含气介质用机械密封端面两相流动特性*

气液混输条件下,密封腔内的含气率较高将会使得密封液膜中有气体进入,从而导致密封环出现“失稳”现象。为探讨含气介质对机械密封性能的影响,通过建立端面螺旋槽型液膜模型,基于Mixture多相流模型,对端面液膜中气液两相分布及机械密封密封性能进行研究。结果表明：液膜内气相体积分数随气泡直径的减小而增大;不同入口含气率下密封端面两相分布规律相近,含气率较高的位置出现在槽根半径处;随着含气率、转速、压差的升高,〖JP2〗槽根处的压力随之升高,从而影响密封性能;在相同含气率、转速及压差下,随膜厚的增加,泄漏量增大,开启力减小,且较小的膜厚对工况参数的改变更为敏感,槽深与膜厚的相关性较强,优化机械密封结构时需综合考虑两者的影响。     

空气含量对双盘配流式径向柱塞泵织构化配流副动压润滑效应的影响

为研究油液中不同空气含量对双盘配流式径向柱塞泵织构化配流副动压润滑效应的影响,建立单个二维表面织构微凹坑计算模型,采用CFD数值模拟的方法,分别从不考虑空化效应和考虑空化效应两种情况分析计算油液中不同空气体积分数对动压力大小产生的影响。研究结果表明:油液中空气含量越低,微织构产生的动压力越大、动压润滑效应越明显;不考虑空化效应时油液中空气体积分数的大小只改变动压力的大小,不改变动压力的变化规律;考虑空化效应时,油液中空气体积分数的大小不仅改变动压力的大小,动压力曲线斜率也发生变化。在相同空气含量下考虑空化效应时微织构产生的动压力更大、润滑性能更好。     

含气油液有效体积弹性模量理论模型研究

为准确预测含气油液在空气分离压下有效体积弹性模量的值,基于油液体积弹性模量定义和质量守恒定律,依据含气油液中气相成分随压力的变化过程,推导出含气油液有效体积弹性模量理论模型。数值计算结果表明：含气油液有效体积弹性模量理论模型B-p曲线与现有理论模型及实验数据拟合曲线基本吻合,验证了理论模型的正确性,特别是在低于大气压的极低压区,有效体积弹性模量预测值更加接近实际情况。分析了初始含气量、压力、升压时间对有效体积弹性模量的影响,结果表明：在低于空气分离压范围内,初始含气量增大,有效体积弹性模量减小;在一定范围内,升压时间增大,有效体积弹性模量小幅度增大。     

含气率对缓冲液囊轴向刚度特性影响的研究

液体有效体积弹性模量是影响液压系统性能的一个重要物理参数。针对一种液囊缓冲装置,分析了不同液囊含气率对液体体积模量影响,结果显示在液囊压力不是太高的情况下(<10MPa),随着液囊压力的不断增大,液体有效体积模量也在不断增大;当含气率<0.10%时,含气率越高,相同压力下的有效体积模量越小;当液囊压力增大到一定值之后,有效体积模量逐渐趋于一个稳定值;且含气率越高,有效体积模量达到稳定值所需的压力越大;当含气率>0.10%时,含气率越高,有效体积模量随压力变化曲线的线性特性越明显;在相同液囊压力的情况下,含气率越高,有效体积模量越小。液囊含气率对缓冲液囊轴向刚度及压力变化特性影响的仿真结果显示,随着载荷的不断增大,不同含气率下的液囊轴向刚度不断增大,最后趋于一个稳定值;含气率越大,轴向刚度趋于稳定值所需载荷越大,且刚度曲线的非线性越明显。液囊压力与载荷曲线呈现出了良好的线性特性;当含气率<0.10%时,不同含气率下(包括纯液体)的液囊压力与载荷曲线基本重合;当含气率>0.10%时,随着含气率的增大,液囊压力与载荷曲线的曲率逐渐减小;不同曲线间的曲率差值总体较小。液囊的初始充压以及内壳轴向位移一定时,液囊受载存在对应的"临界载荷",载荷数值不受液体体积模量及液囊含气率的影响。     

基于CFD方法的超声空化发生特性数值分析

利用计算流体力学软件FLUENT对磁致伸缩超声振动仪中超声空化发生特性进行数值模拟.通过考察流场内的绝对压力、气含率以及流体速度的变化,分析了超声空化的发生特性,并分析了相关参数对模拟结果的影响.结果表明:试样振动时,试样中间区域为主要空化区域.边缘区域发生空化的概率很小,但该区域始终受到试样周边流体绕流的作用,会对试样的两个边缘产生"磨削"破坏.在次边缘区域,水蒸气泡在快速流动的过程中溃灭,因而会对试样表面造成辐射状"划痕".在影响参数中,密度和质量力的欠松弛因子的取值影响模拟结果的准确性;RNG k-ε模型对低压较敏感;非平衡壁面函数与增强壁面函数对贴近壁面处的流体压力变化更加敏感;在空化模型中,水的气化压力越高,流场内的高低压降幅越小,压力变化越稳定,而试样表面的气含率分布差异更大;不可压缩气体质量分数越大,试样表面压降幅度越小,试样表面的平均气含率越高.     

含气率对主泵水力性能和水力载荷影响的数值分析

通过采用全空化模型及标准κ-ε湍流模型,对入口含气率(气体体积分数)为0.10%～9.70%范围内的主泵运行状态进行数值模拟,分析了主泵水力性能、水力径向力和轴向力以及水力载荷频谱等数据,获得了气体体积分数对主泵水力性能及水力激振载荷影响的特征。结果表明:随着气体体积分数增大,主泵扬程下降,叶轮背面首先发生积气;在不发生空化的前提下,扬程与气体体积分数直接相关,与介质温度和压力无明显关系;施加在泵壳和叶轮的水力载荷力的波动幅值随着气体体积分数的增大而减小。     

Study on the design of control valve for U-shaped noise reduction cage and its fluid flow features and noise

In response to technical issues such as the ineffective noise reduction impact of balanced cage and single-seat control valves, the U-shaped noise reduction cage control valve is investigated and developed. In addition, its equal percentage flow properties and noise reduction impact are good, allowing it to effectively minimize the noise created by the change of fluid parameters of medium such as vapor, gas, and gas-liquid two-phase flow. The flow coefficient and flow properties were analyzed. The noise features of the medium air flow at small and large openings of 30% and 85% are simulated and analyzed, respectively. The pressure, velocity, and temperature of the inlet and outlet air, as well as the sound intensity maximum and sound power level maximum, are also analyzed with the opening curves. A small opening of 30% was selected, and the noise characteristics of cavitation generated by the medium water flow were simulated and analyzed. Together with the pressure and temperature change curves of the incoming water, the volume maxima and density minima of water are studied. The maximum sound intensity and sound power level of water are analyzed using the pressure and temperature curves of inlet water, as well as the cavitation coefficient and the degree of opening. The results of the trial for the pressure resistance of the valve body and the trial for the valve seat seal indicate that both the valve body strength and the valve seat seal meet the specifications. Comparing the noise trial results and simulation results reveals that the sound intensity and sound power level assessed by the trial and simulation are comparable, and the noise reduction impact of the control valve is positive.     

变转速工况对直线共轭内啮合齿轮泵容积效率的影响

随着液压技术向高压化、轻量化、节能化发展,直线共轭内啮合齿轮泵因具有结构紧凑、流量脉动小、使用寿命长、噪声小等优点,其应用领域逐步扩大。随着内啮合齿轮泵使用转速的变化,其容积效率也出现变化,为了获得内啮合齿轮泵转速对其容积效率的影响规律,采用液压油、纯水两种介质,通过数值计算的方法,研究内啮合齿轮泵转子域空化特性、对比分析出口体积流率。结果表明：随着转速上升,内外齿啮合最小容积腔及吸油口处气相体积分数增加明显,易引起空化、气蚀,从而产生噪声、振动等问题;当转速过高时,介质中的气体析出明显,易出现吸空现象,导致齿轮泵容积效率降低,纯水介质比46#液压油介质下的齿轮泵容积效率更低。因此,要改善高转速工况下的齿轮泵容积效率,需优化内啮合齿轮泵进油口流道,增加入口压力,提升内啮合齿轮泵高转速工况下的综合性能。     

空化对低温浮动环密封流场和密封特性的影响

为探究典型工况下单相和两相空化流动的流场及密封特性,对考虑过渡段的低温浮动环密封进行数值仿真,对比分析转子面、密封间隙轴向及周向的压力分布特点,并探究单相和两相流动条件下进口压力、进口温度、转子偏心率以及转子转速对泄漏量、进口损失系数、密封力和偏位角的影响.研究结果表明:同心状态下,单相流和两相流的流场均具有对称性;偏...     

柴油机气缸套冷却水空化流的三维数值模拟

基于计算流体动力学(Computational fluid dynamics,CFD)方法应用动网格技术采用两相混合流体完整空化湍流模型,对某型柴油机气缸套主推侧的冷却水空化流进行非定常数值模拟。计算结果揭示缸套空蚀发生机理和冷却水流场特性变化,预测缸套冷却水的空化部位和程度。与缸套空蚀的统计结果对比,建立的数学模型是可靠的。结果表明,缸套附近流场的绝对压力和气相体积分数均具有周期性变化特性,且与缸套的振动周期一致。缸套附近冷却水空化流的流场特性不均匀。贴近变形最大的缸套壁区(缸套壁的中上区域)处流场压力和气相体积分数波动剧烈。此局部流场脉冲压力峰值达到约350 kPa,气相体积分数在5.8%～0.4%波动。较强脉冲压力的作用导致此壁区空蚀严重。振动频率和振幅分别增大30%,变形最大壁区附近流场压力峰值分别增加55%和15%。进口流速和流向对冷却水空化特性有一定影响,最大变形壁区气相体积分数峰值随流场平均流速的增大而增加。缸套振动的加速度是影响冷却水空化流流场特性的关键因素。     

调压阀流体空化特性仿真及影响因素分析

针对船用二级调压阀空化问题,建立流域瞬态仿真模型,结合Singhal空化模型和标准k-ε湍流模型对调压阀流体空化现象进行数值模拟,通过流场气体体积分数分析,得出了流体空化强度及分布形态的演变规律,通过流体速度场和压力场分析,阐明了空化演变过程调压阀流场特性,进而研究了开度、流量和背压对调压阀流体空化现象的影响规律.结果...     

Research on signal amplitude of the Kármán vortex street in gas–liquid two-phase flow with high void fraction

Based on Biot–Savart law and single-phase flow Kármán vortex characteristics, flow field has been analyzed when gas–liquid flow past a fixed bluff body with high void fraction. Vortex signal characteristics have been studied for stratified two-phase flow on atmospheric conditions in a horizontal pipe. To discuss the relation between void fraction and vortex signal amplitude spectrum, this paper sets up the vortex-induced pressure field model for gas–liquid two-phase flow and gives the relationship between void fraction and relative amplitude spectrum of two-phase flow to single-phase flow. An algorithm is proposed for predicting the two-phase flow parameters. Experiments were performed using air–water as working fluid along with a test tube diameter of 50 mm, at gas volume flow rate of 20–68 m³/h, and void fraction of 0.9–1. The results indicate that calculations by the vortex-induced pressure field model on the amplitude spectrum of vortex signal are in good agreement with the experimental data, and relative errors of the algorithm predictions on gas volume flow rate and liquid volume flow rate are 0.08 and 0.56, respectively.     

轴向柱塞泵低气压运行特性建模与试验分析

空化是影响液压系统动态特性的重要因素,为此开展了轴向柱塞泵低压环境下的工况研究。考虑气液两相混合油液的密度、体积弹性模量和黏度的影响,限制入口油腔的最低压力,建立轴向柱塞泵的压力流量模型,计算获得轴向柱塞泵在不同工况下的流量特性,并通过试验验证。研究表明:负载增大导致更严重的空化以及泄漏,并使容积效率降低;轴向柱塞泵在达到临界流量之后,转速提升只会加剧空化,而不能提升流量;最大容积效率出现在临界流量产生之前。为轴向柱塞泵低气压性能预测提供了理论支撑。     

新月形内齿轮泵空化流场仿真分析

实际液压系统工作条件一直处于动态演变过程。为了分析变工况后新月形内齿轮泵空化流场的演进规律,提出了一种分布式参数模型,该模型利用动网格技术及两相流模型相结合来模拟齿轮泵中含气油液的流动状况。根据因子水平表及正交表性质设计了正交试验方案,在此基础上计算了不同试验对应的三维内流道模型并获得了流场特性及空化演进规律。结果表明:该类型齿轮泵中无明显困油区域,转子区是整个泵内压力最高也是最低的区域;转速一定时,油温对最低压力的影响最大,含气量次之,工作压力的影响可忽略;啮合区中的空化演进规律最为明显,气相整体呈现出先均匀分布,再分散集中,最后又均衡分布的变化规律;压力演变是气相发生运移的根本原因。