针对船舶通风空调系统的管道噪声问题,分别利用CFD进行流体动力学仿真和FEM进行声学有限元仿真分析,结果表明,管道气动噪声的生成原因是大量不规则湍流运动形成负压区并生成气流漩涡和回流,从而造成变化剧烈的压力脉动。模拟中以等效壁面偶极子声源的方式计算辐射噪声,通过分析出口的声压级频率响应判断管道气动噪声是噪声能量主要集中在中低频的宽频噪声,管道内流速和内部结构变化是影响噪声大小的主要原因。

基于NACA0018翼型,将波状前缘、锯齿尾缘和表面脊状3种仿生结构进行耦合,形成WSR翼型,并采用大涡模拟和FW-H方法研究了WSR翼型在不同雷诺数和攻角下的流场和噪声特性。结果表明在小攻角、低雷诺数下WSR翼型可降低噪声5 dB左右;在大攻角下,锯齿尾缘结构加剧了尾缘处流动掺混,改变了尾迹涡结构,降低了翼型尾缘处的涡量,进而使噪声降低8 dB左右。

轴向柱塞泵压力脉动既是引起液压系统转速波动、振动噪声以及输出稳定性的重要原因,也是获取故障信息的主要信息源。液压系统具有强噪声干扰特性,导致监测信号信噪比低,因此很有必要深度挖掘压力信号携带的系统运行状态信息。本文首先通过柱塞泵流量损失机理,来分析流量脉动与压力脉动之间的映射关系。之后基于标准Gabor变换对压力信号进行滤波重构。最后根据压力信号时域波形形貌,提出4个特征指标来分析不同运行工况下的压力脉动特点。实验结果表明标准Gabor变换能够准确提取信号中的高次谐波及相位频率。其重构的轴向柱塞泵压力脉动时域波形形貌,蕴含着丰富的运行状态信息。通过分析各工况下脉动的变化特点,为液压泵、马达及关键元件的故障诊断和健康评估提供了新的理论依据和方法支持。

阀配流轴向柱塞泵滑靴受力状态及油膜动态边界值与端面配流泵不同,为研究其润滑特性,建立一种应用于阀配流轴向柱塞泵的滑靴副工况模拟和数值解析耦合求解模型,分析柱塞运动频率、系统负载及不同分级定流量对滑靴副润滑特性的影响。结果表明:阀配流滑靴副主要在摩擦力矩作用方向发生倾覆,高压区到低压区的过渡期及低压区更易发生偏磨磨损;柱塞运动频率增大会降低滑靴发生倾覆偏磨的危险性,但也会降低滑靴副稳定性;系统负载增大会使油膜厚度减小,且高压区滑靴倾覆角减小,而低压区滑靴倾覆角增大;不同分级定流量下,当柱塞数大于3时,奇数柱塞组合时滑靴不易发生倾覆,而偶数柱塞组合时滑靴易发生倾覆磨损且高低压区压力变化幅度增大。

采用Navier—Stokes方程和RNGk-e湍流模型，对不同流量工况下离心泵内部非定常流动进行了数值计算，计算得到的离心泵外特性与试验结果吻合较好。数值模拟结果表明，不同流量工况下叶轮内压力脉动具有明显的周期性变化，压力脉动强度随着流量的减小而增强，叶片压力面脉动强度更加剧烈，叶轮旋转频率始终占主导作用。由叶轮进口至出口，叶片压力面和吸力面压力脉动最大幅值均渐渐增大。相同监测点的压力脉动最大幅值在30％设计流量工况时最大，约为设计流量工况下3—4倍。随时间叶轮流道内存有旋涡的产生、发展、脱落的周期性变化过程，这是造成离心泵运行效率低、压力脉动副值增大、脉动波形紊乱的主因。

基于三维反问题原理,分别针对导叶式混流泵叶片及导叶特征载荷分布,结合CFD数值模拟,以水力效率为目标参数,找出相对最优载荷匹配形式,将定常湍流计算结果作为非定常湍流计算的初始流场进行非定常数值计算.结果表明,当特征载荷位于叶道中间略偏向进口处时,水力效率最高,优化后的模型整体水力效率较原始模型提高了3.56%,导叶内部流动均匀性有所提高,叶轮出口处的射流-尾迹现象得到改善.非定常结果表明,叶轮进口处压力脉动幅值最大,对机组整体运行稳定性影响最大,通过反问题设计的模型在叶轮进口压力脉动幅值及导叶出口等处压力脉动幅值均有一定改善,有助于提高机组运行稳定性.

为研究核电站冷凝泵首级叶轮与导流壳内流瞬态特性,建立叶轮与导流壳的水体模型并进行了数值模拟,得到不同工况下扬程波动的曲线、叶轮受到的径向力矢量分布以及设计工况下叶轮与导流壳内压力脉动的时域和频域特性。计算结果表明大流量下的扬程振幅略高于小流量下的扬程振幅,当叶片出口掠经隔舌处时,扬程达到谷值,当叶片出口逐渐远离隔舌时,扬程达到峰值;从叶轮进口向叶轮出口压力脉动幅值递增;叶轮出口处,从叶片工作面向叶片背面压力脉动幅值递减,导流壳内部压力脉动主频接近叶频,导流壳隔舌附近的压力脉动振幅较大;叶轮在设计工况下径向力平均绝对值较小,且其指向大致与导流壳隔舌呈90°,当偏离设计工况时径向力产生明显的偏向。

采用动网格技术对涡旋液泵内的非稳态流动进行了数值模拟,得到了泵在各个转角下的压力、速度、空泡体积分数,以及进出口流量和监控点的压力参数。结果表明,涡旋液泵内的流动是一种非稳态、非均匀,非对称的流动。动静圈的啮合间隙处因大压差和小流通面积而存在高速射流现象,并在啮合间隙下游出现负压区和空化。泵进口位置的偏移和动盘对腔外流体的推动使左右两个吸液腔的流动不对称,将造成涡盘受力的不平衡。在吸液即将结束时,因涡旋液泵对液体的挤压作用,在大约20°的转角范围内,泵的工作腔内出现极大幅值的压力脉动,严重危害泵的安全可靠运行。

外啮合齿轮马达工作时产生的压力流量脉动是马达工作噪声的主要来源,而研究马达降噪的一个方法是利用齿轮马达模型分析优化齿廓曲线与齿轮啮合容积的动态关系。目前研究中的模型一般采用标准的渐开线或摆线进行仿真,而未体现齿廓曲线由于变位和加工误差对齿轮啮合容积的动态特性的影响。提出一种采用激光位移传感器对外啮合齿轮马达齿廓进行非接触测量的方法,搭建了齿形测试装置并采用MATLAB/C语言建立实际齿廓曲线,从而得到轮齿的齿形信息。试验结果对比了实际与理论马达齿轮齿廓,实现了齿廓测量,并提出改进齿轮马达非接触测量精度的方法。

为解决泵控马达系统在运行过程中由于耦合效应所导致的运行状态信息难以有效提取的问题,在对泵与马达压力脉动信号耦合机理分析的基础上,提出利用小波包对压力脉动信号进行分解与重构并通过不同工况下的实验验证了该方法能有效、实时提取柱塞泵压力脉动信号,同时基于实验数据表明:压力脉动幅值随负载压力的增大而增大,且有随转速升高先减小而后增加的现象。