分析某管路系统多级降压调节阀的流激振动问题,仿真得到调节阀小开度、中等开度、全开3种工况下压力、速度、漩涡速度云图、压力脉动时域与频域特性曲线及流激振动频率范围。利用热流固耦合模态分析得到调节阀固有频率。将流激振动主频与固有频率相对比,验证调节阀工作可靠性。分析得出随着开度增大,各级降压效果明显,大涡逐渐形成小涡,且形成脱落状态;压力脉动主要由开度引起,出口压力脉动剧烈程度大于中部及入口,调节阀出口下端的近壁面压力脉动最为剧烈;调节阀模态频率没有落在流激振动频率范围内,调节阀不会发生流激共振。为设计安全可靠的管路系统提供保障。

针对轴向柱塞泵吸排油过程发生空化带来流体激振力大,甚至造成严重的局部气蚀破坏问题,使用用户自定义函数和动网格法对柱塞泵的动态运动过程进行模拟。通过柱塞泵空化流激振动特性实验,对比分析柱塞泵空化流激振动响应特征,获取轴向柱塞泵空化流动及其诱导振动的作用机理。结果表明柱塞腔内气体体积分数随缸体转角变化呈周期性振荡,空化现象主要集中在泵的吸油区;当缸体转角处于吸排油交替区时,柱塞腔内压力场出现负压现象,气泡在流体射流的方向上扩散,形成明显的局部空化云;柱塞泵空化流激振动频谱与流体脉动载荷频谱重合,直接影响柱塞泵壳体振动的幅值,成为柱塞泵壳体振动响应的主要诱因。

流场内流激振动是诱发调节阀流激共振和流致噪声的主要原因。以DN250多级降压调节阀为研究对象,采用Fluent软件对其流场流动特性进行数值模拟,得到典型开度下体积流量、流速、压力的分布规律。设计了循环式并联流量测试装置,对阀进行流量实验,验证了流量数值模拟的可靠性。采用监测流场漩涡脱落过程中横流会形成平均升力和监测流场湍流压力脉动的不同方法,得到流场流激振动的频谱信息。对两种监测方法机理研究,结果表明:监测升力系数是对整个流场涡脱过程产生的流激振动进行检测,适合监测小开度流场;监测压力脉动是对有限监测点的多种流激振动因素综合效果的监测,受监测点位置和数量的限制,适合中、高开度流场。

在封闭水流槽道中央,上游布置一刚性方柱,下游弹性薄板的一端固定在方柱尾端,弹性薄板上端、下端和另一端自由。上游方柱绕流后在下游形成周期性扰动流场,进而诱发下游弹性薄板的连续振动。数值模拟结果表明,当周期性扰动流场与结构形成强烈的非线性耦合作用时,近壁区流动进一步受板扰动的影响,流动的边界条件发生改变,流场对称结构遭到破坏,形成不同尺度的涡旋流动,同时弹性薄板表现出非周期、非对称的耦合振动行为。

为了揭示流体-薄壁结构之间相互作用的机理,在4种不同的进口流动雷诺数下,采用3D-PIV流场测试系统和DH-5935N动态信号测试分析系统同步测试,分别得到方柱绕流后弹性薄板周围流场的时空演化特性和受激振动薄板的运动规律.实验结果表明,弹性薄板振动对流动雷诺数极其敏感,当周期性扰动流场与结构形成强烈的非线性耦合作用时,近壁区流动进一步受板扰动的影响,流动的边界条件发生改变,流场结构的对称性遭到破坏,受激振动板最终表现出非周期、非对称的耦合振动行为.