[發明專利]水力機械內部流場特征量可視化頻域分析方法

有效

• 申請號: 201810544187.X
• 申請日: 2018-05-30
• 公開（公告）號: CN108801588B
• 公開（公告）日: 2019-12-03
• 發明（設計）人: 陽君;劉小華;劉俊;謝田;楊鐘雨
• 申請（專利權）人: 上海理工大學
• 主分類號: G01M10/00
• 分類號: G01M10/00
• 代理公司: 31001 上海申匯專利代理有限公司
• 代理人: 吳寶根;徐穎<國際申請>=<國際公布>=

本發明涉及一種水力機械內部流場特征量可視化頻域分析方法，將流場中采集的一維特征量時域信號進行快速傅里葉變換，獲得該特征量離散峰值頻率及對應幅值大小；再進行高階譜分析獲得其頻域中的非線性頻率，此為不穩定流動對應的特征頻率；采用多點監測值的交叉小波變換，診斷該不穩定流動隨時間變化的特征，得到在不穩定流動對應的特征頻率下的流動特征；利用不穩定流動對應的特征頻率通過時頻域轉換技術關聯對應流動特征，得到特征頻率值所對應的流場特征二維流場分布圖，直觀對應不穩定流動發生的具體位置及強度。可有效的診斷水力機械內部非定常流動結構的特征，直觀表現各種不同特征頻率的非定常流動在各過流部件中分布及作用情況。

技術領域

本發明涉及一種監測技術，特別涉及一種水力機械內部流場特征量可視化頻域分析方法。

背景技術

目前對于水力機械內部流場的研究主要有以下兩種方法。其一，在流場內設計監測點，通過對其監測點上流場特征量(如速度、壓力、渦量等)的時頻域分析來獲得所研究位置的非定常流動的周期及傳播特征等。監測點的流場特征量可通過實驗及數值模擬方法得到(如對監測點的壓力脈動進行互功率譜及2D傅里葉變換等，獲得失速頻率和失速團的個數及周向傳播速度等量化的非定常流動特征)。

其二，通過流場可視化分析，對水力機械內部流場進行研究。學者采用試驗(如粒子圖像測速儀(PIV)、高速攝影儀等)及數值模擬方法，獲得流場在二維或三維空間的分布，并通過對該空間內速度、壓力、渦量等流場特征量的分布來研究流場的流態及非定常流動發生的位置和其隨時間變化的規律。

申請號201410439665.2，名稱為“一種湍流發生器PIV測量系統”的發明專利采用液壓裝置及采用平面鏡折射湍流發生器內部流場，實現對湍流發生器內部流場的PIV測量，獲得內部流場軸向和徑向方向的PIV測量，但本專利常用于一維流場的分析。申請號201420266403.6，名稱為“一種離心泵內部非定常流動可視化試驗裝置”的發明專利通過離心泵、高速攝影儀、光源發生器等裝置彌補了常用流場可視化實驗不可在開式試驗臺上進行的不足，通過對監測點流場特征量的時頻域分析，可以獲得豐富的非定常流動特征，如周期頻率、傳播速度、作用強度等，是對流場中的流動特征定量分析最為有效的方法。但是由于該方法僅對一維流場特征量進行分析，無法獲得水力機械內流場的分布規律。流場可視化頻域分析彌補了這一不足，該方法對水力機械內部流場進行研究，通過分析該空間內分布的速度、壓力、渦量等流場特征量來研究流場的流態及非定流動發生的位置和其隨時間變化的規律。流場可視化分析方法可以直觀的展現水力機械內部的流場分布和各過流部件內流場之間的相互關系。

流場可視化頻域分析雖彌補了對監測點上流場特征量時頻域分析方法的不足，但目前所進行的流場可視化研究多集中在對其獲得的瞬時流場特征量進行分析。而水力機械在非設計工況下運行時，內部流動往往非常復雜，流場內同時存在多種不同的周期性非定常流動，它們相互作用影響，瞬時流場的分析無法獲得較為系統全面流動特征。

發明內容

本發明是針對現流場可視化頻域分析存在的問題，提出了一種水力機械內部流場特征量可視化頻域分析方法，結合流場特征量一維頻域分析的優勢和流場可視化方法的特點，建立一種水力機械內部流場特征量可視化頻域分析方法。提出的方法可有效的診斷水力機械內部非定常流動結構的特征(如對應的特征頻率、傳播特征、是否為穩定作用過程等)，并通過二維再現直觀的顯示該非定常流動結構在過流部件內的分布位置、形狀及作用強度。

本發明的技術方案為：一種水力機械內部流場特征量可視化頻域分析方法，具體包括如下步驟：