【摘 要】
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泰勒库特流（Taylor-Couette,简称TC流）是存在于同轴并且相对转动的两圆柱面之间环形缝隙内的流体流动,TC流动模型具有结构简单,参数易控和流动系统封闭等特点,是研究流动稳定性和湍流的常用模式模型。当两圆柱面中心线存在偏心距时,因转子旋转产生动压效应,偏心缝隙内出现圆周压力分布,因而偏心泰勒库特流在阻力矩特性、流动形态变化和出现空化流等方面有别于同心泰勒库特流。本文将通过对比同心环形缝隙
【基金项目】
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国家自然科学基金资助项目:“具有两种新型配流方式的双斜盘柱塞泵基础问题研究”（项目批准号 51975225）； 国家自然科学基金资助项目:“深海用液压电机泵关键技术的研究”（项目批准号 51475178）；
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泰勒库特流（Taylor-Couette,简称TC流）是存在于同轴并且相对转动的两圆柱面之间环形缝隙内的流体流动,TC流动模型具有结构简单,参数易控和流动系统封闭等特点,是研究流动稳定性和湍流的常用模式模型。当两圆柱面中心线存在偏心距时,因转子旋转产生动压效应,偏心缝隙内出现圆周压力分布,因而偏心泰勒库特流在阻力矩特性、流动形态变化和出现空化流等方面有别于同心泰勒库特流。本文将通过对比同心环形缝隙泰勒库特流,实验研究偏心小间隙（η≥0.97）内泰勒库特流的阻力矩特性、流体流态、流动转捩及流动稳定性。通过观测偏心环形缝隙中心横截面内沿周向各点压力,得出不同偏心量、不同内转子转速下低压力区间出现空化的规律,显然,转速越高和偏心量越大都会加剧低压区空化的剧烈程度,结合内转子近壁面处的空化数和低压区出现低压截止压力可以作为判断产生空化的依据。将测量得到的空化区域压力代入质量守恒法对雷诺润滑方程求解,在正压区域仿真得到的压力分布与实验测量有很好的一致性,但在低压区仿真与实验存在差别。通过对同心小间隙内泰勒库特模型的阻力矩实验研究,得出无量纲阻力矩（G）与半径比和雷诺数（Re）相关,无量纲阻力矩与雷诺数呈GReα的指数关系,实验数据得出α随着雷诺数增加从1.67增加到1.82。在极限湍流区,存在Nuω～Ta0.39关系。偏心泰勒库特流中,在雷诺数相同时,偏心量越大,对应的无量纲阻力矩越大,并得出偏心缝隙下无量纲阻力矩相对同心缝隙的增加率;在Ta≈3.5×107时,偏心泰勒库特流进入极限湍流,但数据没有显示存在Nuω～Ta0.39关系。可视化实验显示,雷诺数从零开始时增加,最先出现的是库特层流;例如半径比η=0.99,雷诺数Re=382时,出现明暗相间纹路的泰勒涡流;雷诺数Re=425.5时,泰勒涡流开始转变为波浪涡流;雷诺数Re=1286.3时,明暗相间的条纹不再连续变成独立的小长条斑块,这种状态称作短波长爆发斑块,此状态直到小长条斑块在流动区域饱和为止。偏心泰勒库特流的数值模拟显示间隙内流体综合速度在径向上变化主要在边界层,而中间层部分相对稳定;偏心对不同角度下的泰勒涡流影响不一样。半径比、偏心量、压力分布及空化都会对泰勒库特流的稳定性产生影响。同心泰勒库特流中,间隙越大,直径越小,临界雷诺数值越小。半径比相同时,临界雷诺数相当。偏心泰勒库特流中,偏心量越大,临界雷诺数越大。若空化在临界雷诺数之前发生,转捩点则不明显,若空化出现在临界雷诺数之后发生,转捩点则不受影响。
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