针对现有空化模型经验参数较多影响预测精度的问题,提出改进的空化模型。采用欧拉-拉格朗日方法模拟不凝性气体与空化气泡的融合过程,得到气泡数密度与液体体积分数的关系。结合气泡在液体中的力平衡状态和气体状态方程,得到气泡半径的表达式。基于简化的Rayleigh-Plesset方程建立空化模型,将不凝性气体摩尔浓度确定为唯一需要指定的参数。最后,将改进模型和ZGB模型应用于节流孔板和文丘里管,并与文献中的实验结果进行对比。结果表明改进的空化模型能准确地预测空化流,并且对于非定常空化流,可以捕捉到空化初生、发展、分离、脱落和溃灭的周期性过程。

为研究两端密封型挤压油膜阻尼器流场与阻尼特性,建立了涨圈密封挤压油膜阻尼器三维非定常流场数值仿真模型。基于Fluent软件中的Mixture多相流模型和Schnerr-Sauer空化模型数值模拟得到动态油膜压力与气相体积分数的周向分布规律。将计算得到的阻尼器油膜压力与文献中的试验数据对比,结果显示两者具有较高的一致性。由动态油膜力导出的平均等效阻尼系数与试验采用阻抗法识别的结果相比仅有0.6%的偏差,从而验证了该数值模型与预测方法的有效性。进一步的数值计算表明增大进动半径、进动频率、涨圈密封的狭缝宽度均会使挤压油膜阻尼器流场中的空化现象加重,同时等效阻尼系数降低。

采用数值模拟方法研究液压滑阀内的高压空化流动特性,分析了进口压力的改变对液压滑阀内的高压空化流动特性的影响。结果表明:在高压入口条件下,液压滑阀节流槽区域内及其出口处存在多个空化区域。随着进口压力的增加,液压滑阀内的空化流场会从稳态向非稳态转变;当液压滑阀内的空化流场处于非稳态时,其空化流动结构的变化具有明显的周期性,可明显区分出空化初生、发展和衰退阶段。进口压力越高,节流槽出口处的空化区域和强度越高,空化流动周期性变化的时间越短,且会出现云空化脱落现象。

为了提高诱导轮离心泵的空化性能和运行稳定性,阐明诱导轮和离心泵叶轮几何参数对空化性能的影响规律,基于空泡可压缩性影响修正的RNG k-ε模型和改进的空化模型,对诱导轮和离心泵叶轮内部流场进行空化数值计算。数值结果表明在小流量工况和额定工况下,空化性能曲线基本一致;在大流量工况下,空化特性曲线波动相对比较严重,空化性能较差。额定流量下泵蜗壳水力损失最小,小流量工况下蜗壳水力损失最大。临界汽蚀余量时,蜗壳水力损失突升。无空化条件下,随着前口环间隙值的增大,诱导轮扬程、效率和前口环间隙泄漏量增大,泵和叶轮的扬程、效率值降低,泵的空化特性曲线的稳定性变差,使诱导轮叶片出口液流角发生偏转,导致诱导轮和离心泵叶轮内部产生周期性的交变空化流。

空化是一种包含气液相间质量传输的非定常可压缩多相湍流流动现象,它是泵性能和效率下降的主要原因。空化流动的计算主要涉及空化模型和湍流模型两个方面。本文概述了空化模型的一些基本理论,并比较了各个空化模型的优缺点;简要分析了湍流模型对空化流计算的影响;介绍了这些模型在泵空化流计算中的应用;最后展望了泵空化流计算模型的发展方向。

应用Rayle igh-P lesset气泡方程建立离心泵空化模型,并与气液两相湍流控制方程耦合求解,得到了多级离心泵内三维湍流场及气液相分布,捕捉到气泡的初生、发展及冷凝过程。计算了不同流量下的离心泵的必需汽蚀余量并与实测结果进行了对比分析。

传统的雷诺边界条件没有考虑到微凹坑织构中存在的空化现象,较难准确预测织构化表面的润滑特性。本文以液压缸缸筒-活塞摩擦副为研究对象,基于质量守恒的边界条件,建立均匀分布的微凹坑织构表面油膜压力与变密度两者之间的空化数学解析模型,采用中差分模型和迎风算法进行数值离散,得到摩擦副中油膜的压力分布以及空化生成的位置。FLUENT仿真结果验证了该空化模型的有效性。