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壓力脈動是全國科學技術名詞審定委員會審定、公布的科技術語。

漢字,中國古人智慧的結晶[1]。千百年間,它經歷了「甲金篆隸草楷行」的發展[2]。從記錄的工具到藝術的載體,它的身上,傾注了無數先人的心血。

名詞解釋

壓力脈動即脈動壓力,它就是壓力作用於被作用對象上並不均勻,在某個部位有較集中的或是較大的壓力,且這種壓力單次持續的時間不長,有可能呈現一定的周期性。

壓力脈動產生原因與機理

1、水輪機運行偏離最優工況是壓力脈動產生的基本原因

反映混流式水輪機水力穩定性的各種壓力脈動都有其產生的具體原因。但是,綜觀這些常規和異常兩種壓力脈動產生的工況與機理可以看出,它們都是在水輪機偏離最優工況運行時產生的。這就是說.偏離最優工況運行是混流式水輪機壓力脈動產生的基本原因。而在最優工況範圍,幾乎沒有什麼明顯的壓力脈動。

2、尾水管水流的圓周速度是壓力脈動產生的決定性因素

從水輪機中水流的流動來看。偏離最優工況後,最大的變化是,轉輪中水流和轉輪出口水流產生了比較明顯的圓周速度分量,而且這個圓周速度分量一直延伸到尾水管中。因此可以說,圓周速度分量的出現和變化規律是各種壓力脈動產生和變化規律的基本條件與決定性因素。常規壓力脈動和尾水管水、氣聯合體共振產生的異常壓力脈動的產生機理都證明了這一點。這個因素和水輪機轉輪的水力設計與結構設計有密切相關,也是轉輪設計可以影響壓力脈動的基本原因。

3、不同壓力脈動是圓周速度產生壓力脈動的方式和機理不同的結果

圓周速度分量產生壓力脈動的具體方式和機理的不同,是產生各種不同壓力脈動的基本原因。例如:

(1)圓周速度分量對轉輪葉片進口的衝擊產生了小開度區和大開度區的壓力脈動。

(2)圓周速度分量與軸向速度分量的共同作用,形成了螺旋形旋進的渦帶,繼而產生了渦帶壓力脈動。

(3)尾水管中的圓周速度分量與肘管相互作用產生了同步壓力脈動,並成為水輪機流道水體共振最重要的激發力。

(4)圓周速度分量是尾水管中心真空、氣體空腔產生和變化的重要條件之一,由此而引起尾水管水、氣聯合體固有頻率的變化,為共振創造了一方面的基本條件。

4、空化係數是壓力脈動最重要的影響因素

空化係數或吸出高度是壓力脈動,特別是異常壓力脈動最重要的影響因素。它通過改變尾水管空腔體積(因而也就是改變渦核的直徑和偏心距)來改變渦帶壓力脈動的幅值,補氣消除共振的機理也在於此;它通過改變尾水管水、氣聯合體的固有頻率影響水體共振的出現或消失。所有尾水管水、氣聯合體共振及其產生的壓力脈動對空化係數十分敏感,也是由這個原因造成的。

除引起水、氣聯合體共振外,空化係數更多的影響是使聯合體的動力響應係數發生變化。這是造成模型與原型水輪機渦帶壓力脈動幅值不相似的主要原因之一。

氣體空腔的存在,也對尾水管壓力脈動產生吸收和緩衝作用。這是尾水管水、氣聯合體共振產生的壓力脈動幅值比引水管路水體共振小得多的主要原因。

壓力脈動基本方式

壓力脈動產生的主要方式有如下幾種。

(1)兩個周期性流場的偏心疊加。尾水管渦帶壓力脈動就是這樣產生的。

(2)葉柵入流、出流不均勻及其組合。由活動導葉、轉輪葉片形成的各個葉道出口的流速、壓力分布不均勻產生的,由與其作相對運動的物體或傳感器就會感知。

(3)水流對轉輪葉片的衝擊、脫流和次生水衝擊。當葉片進口的水流沖角不等於零或者繞流體迎水面的尺寸比較大時,這種情況就會產生並由此產生壓力脈動。

(4)轉輪葉片對進口水流的撞擊。

(5)水體共振。水體共振是產生異常壓力脈動的主要方式。

(6)流動分離。卡門渦是最典型的流動分離現象之一。

(7)流道面積的周期性變化。迷宮壓力脈動就是流道面積周期性變化引起壓力脈動的典型例子。

(8)自激弓狀迴旋引起的異常壓力脈動。轉動部分自激弓狀迴旋時在轉輪迷宮間隙中引起的強烈壓力脈動。

(9)管道振動。引起管道中水體的壓力脈動。

參考文獻