复杂泵体压力脉动特性的数值模拟

为了揭示复杂泵体水力的不稳定性,以减压塔底泵为例,利用计算流体动力学（CFD）对泵内部非定常流场进行数值模拟计算.根据得到的蜗壳内压力脉动情况,对其时域和频域进行分析.结果表明：各工况下压力脉动频率均以叶片通过频率为主,且次级蜗壳内的压力脉动比首级要明显;蜗壳内压力脉动最大值出现在隔舌附近,且沿蜗壳流道螺旋线方向压力脉动幅值依次减小;设计工况下蜗壳内压力脉动强度小于非设计工况下的,次级蜗壳隔舌处小流量工况下压力脉动幅值约为设计流量时的2.63倍.     

余热排出泵叶轮与导叶匹配的水力性能研究

为了分析叶轮与导叶匹配对余热排出泵水力性能的影响,根据泵的性能参数设计了两个叶轮和两个导叶组合的四种方案.通过外特性试验得到:叶轮与导叶的匹配对余热排出泵在小流量工况和大流量工况范围的性能影响较大,而对设计工况下的性能影响较小.采用ANSYS CFX 14.5软件对余热排出泵叶轮与导叶的四种匹配方案进行数值模拟并对比分析了内部流场,结果表明:在0.40~1.62倍设计工况范围内,数值计算得到的性能曲线与试验结果有较好的一致性;不同工况下,导叶和叶轮的内部速度分布相互影响.     

尺寸限制下的多翼离心风机蜗壳型线设计

为解决切割蜗壳型线造成多翼离心风机气动性能下降的问题,采用七个控制点构成的二次非均匀B样条(NUQBS)曲线表征蜗壳型线的扩张规律,并布置两个相近的控制点满足风机尺寸要求.为减少数值模拟的计算量,利用最优拉丁超立方试验设计方法,对控制点的3个设计变量进行空间采样.用径向基函数(RBF)神经网络模型建立设计变量与优化目标之间的响应关系,使用第二代非劣排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)对其进行多目标优化.研究结果表明:RBF神经网络模型能准确预测设计变量与风机流量和效率之间的关系;优化后的蜗壳改善了风机内部流动状态,扩大了叶轮的做功范围;与原型机相比,风机的最大流量增大1.12 m~3/min,效率提高4.4%,气动噪声降低1.72 dB.     

单-双蜗壳泵隔舌区压力脉动及径向力特性分析

为揭示单-双蜗壳离心泵的不同水力特性,应用商业软件FLUENT,采用RNGk-ε湍流模型和滑移网格技术,对单-双蜗壳双吸离心泵进行不同工况下三维非定常湍流数值模拟,得到不同蜗壳隔舌区计算点的压力脉动情况,并对其进行频域分析.结果表明:单蜗壳离心泵在设计工况及大流量工况下,压力脉动频率以叶片通过频率为主;在小流量工况下,压力脉动频率以低于1倍叶片通过频率为主,在0.6倍设计流量工况下,其压力脉动最大幅值约为设计工况下1.13倍.双蜗壳离心泵在小流量、设计流量及大流量工况下,压力脉动频率均以叶片通过频率为主,在0.6、0.8和1.2倍设计工况下,其压力脉动最大幅值分别约为设计工况的6.59、3.12和4.55倍.相比较于单蜗壳泵,双蜗壳泵能有效地平衡径向力,在偏离设计工况下径向力变化不大.     

回流孔位置及面积对立式自吸泵性能的影响

为研究回流孔位置及面积对立式自吸泵性能的影响,根据以往研究得出的经验公式,自隔舌起沿叶轮旋转方向旋转不同角度,在蜗壳侧面设计了15种回流孔位置方案,在200°处设计了10种回流孔面积方案.采用Realizable κ-ε湍流模型对各设计方案进行了全流域数值计算.计算结果显示:设计工况下,回流孔位置对立式自吸泵效率的影响...     

离心式无堵塞泵不等扬程的优化设计与试验

为了使离心式无堵塞泵满足多工况运行的要求,采用不等扬程水力设计方法对模型泵100QW110-16-7.5的叶轮进行优化设计,并结合计算流体力学数值模拟技术分析由原始方案和新方案所得叶轮的内部流场分布,同时,在模拟的基础上对模型样机进行了性能测试.结果表明:采用新方案所得叶轮对流体做功更充分,其流线在不同工况下的分布更均匀、流畅,能够改善泵内流体的流动状况;由新方案所得模型泵在额定流量下的扬程为16.89m,效率为83.11%,已达到节能级离心式清水泵的产品性能要求,在小流量工况下无马鞍区、振动较小,大流量下高效率区的范围较宽,处于0.8q~1.3q且其无堵塞性能优于原始方案;由新方案所得模型泵性能的预测曲线与试验结果基本吻合,最大误差为7.56%.     

对称离心式血泵结构优化与仿真分析

为减少血液涡流及降低溶血发生率,优化了对称离心式血泵的蜗壳及出口管结构并借助Fluent软件对其进行仿真分析。结果表明,将蜗壳横截面形状设计为内扩梯形并对出口管进行改造后,可有效提升血泵性能且溶血预测值满足使用要求。     

基于Bezier曲线的贯流风机叶型多工况优化研究

采用四阶有理Bezier曲线,多个控制点约束叶轮中弧线进行叶片参数化设计.基于贯流风机须在较宽的工况区间内稳定运行的要求,在熵值法的基础上设计了一种多工况设计优化方法.设置多工况加权平均流量为优化目标函数,利用超拉丁方实验设计方法生成样本空间点,通过熵值法确定不同工况的权重因子,基于多岛遗传优化算法(MIGA)对数值模拟结果进行多工况优化.通过此方法进行贯流风机叶片型线优化结果表明:优化后叶轮在不同转速下体积流量均有所上升,最高转速下流量提高65.18 m~3/s.     

前向多翼离心风机叶片尾迹和蜗壳二次流动的试验研究

对前向多翼式离心风机建立了性能及流场测试台位 性能试验及流场测试表明,性能试验重复性良好,曲线符合理论性能曲线.用粒子图像速度场仪技术对叶片尾迹区及蜗壳出口横截面上的二次流做了详细的变工况测量与分析.结果表明:叶片尾迹区脉动强度达20%～70%;在设计工况附近叶片尾迹影响区域小,在非设计工况下叶片尾迹影响区域大,尾迹区域占到蜗壳径向宽度的15%～25%,约是叶片弦高的2～3倍;在蜗壳横截面上明显存在二次流旋涡;沿着蜗壳旋出方向二次流对称分布,但是到达出口时,小流量下两侧旋涡结合成一个旋涡,大流量下两侧旋涡一直保持到蜗壳出口.     

离心泵多工况水力设计方法

针对现有的离心泵水力设计方法仅满足单点设计工况性能,无法满足其他工况性能的问题,提出一种离心泵多工况水力设计方法.以单点设计的关键几何参数值为初始条件、多工况的扬程为约束条件、多个工况的加权平均效率最高为目标,同时采用自适应模拟退火算法对离心泵多工况能量性能计算模型进行求解.最后根据比转数为129.3的离心泵3个工况点的能量性能要求,在考虑权重的基础上提出了2种多工况水力设计方案.数值计算结果表明：2种多工况设计能基本满足3个工况点的能量性能要求,误差均在5%以内.     

离心泵自吸过程的气液两相流非稳态数值模拟

 选取一种常用的立式外混式自吸离心泵作为研究对象,运用非稳态数值模拟手段,探索自吸离心泵起动后气液两相流动的瞬态过程.研究采用了接近真实自吸情形的设置,选取一段吸入管路充满空气作为模拟计算的初始条件.计算得到了自吸泵内气液两相分布、压力分布和速度分布与时间的关系,叶轮入口和泵出口处气液相流量随时间的变化规律,由此可估算自吸时间.计算发现泵吸入和排出气量的时间主要集中在泵起动的初期,叶轮入口和泵出口处的瞬时含气率分别可达到30.9%和20.2%.此外,蜗壳开孔起到分流排气的显著作用,孔口排气量占整个蜗壳排气量的20%～25%.本文所采用的模拟方法和结果对于研究自吸泵自吸过程和自吸性能,具有一定的理论和工程价值.     

改进离散型遗传算法在离心泵性能优化中的应用

针对离心泵性能优化中设计参数多且优化周期长的问题,提出了适用于离散变量优化的改进遗传算法．以泵效率为优化目标,选取叶轮6个设计参数,采用拉丁超立方设计方法创建90组设计样本,用响应面模型对泵效率和设计参数进行拟合．通过改进的离散型遗传算法对其进行寻优,得到叶轮最优设计参数组合．结果表明：响应面模型能够准确反映效率和叶轮设计参数之间的关系,设计工况下预测值与数值模拟的偏差为0.82%;优化后泵效率在0.6Q_d,1.0Q_d和1.4Q_d下的增幅分别为7.05%,5.98%和1.90%,且输入功率显著降低;优化后叶轮和蜗壳内部的流动损失面积明显减小,整体流动损失显著降低．参数敏感性分析表明：叶片出口安放角、叶轮出口直径、叶轮出口宽度和叶片包角对泵性能的影响较大．     

离心泵做透平的叶片弯曲形状分析

为提高液力透平的效率,设计了前弯和后弯2种叶片弯曲形式的叶轮,利用实验、理论和数值计算相结合的方法对离心泵做透平的水力性能进行了研究.分别对后弯式叶轮泵工况、透平工况和前弯式叶轮液力透平工况3种情况的水力性能进行了分析,得到泵工况和2种液力透平工况下外特性曲线的差别,并分析了液力透平各过流部件内部功率损失分布.研究结果表明:泵作透平的外特性曲线与泵的不同,Q-H曲线随流量增加而逐渐增加;2种叶轮形式的液力透平对比中,前弯形叶轮在最高效率点的流量、扬程、轴功率和效率分别比后弯形叶轮高;前弯形叶轮高效点以及高效点之后的流量效率曲线高于后弯形叶轮的流量效率曲线,流量扬程曲线低于后弯形叶轮的流量扬程曲线,2种形式的叶轮轴功率相差不大.液力透平各过流部件功率损失分布表明,前弯形叶轮内部的功率损失的减小是液力透平效率提高的主要原因;对比2种叶片弯曲形状液力透平的流量和扬程系数可知,前弯式叶轮的流量系数和扬程系数均大于同尺寸后弯式叶轮的,因此前弯叶轮更适合于液力透平工况运行.     

汽车转向节静动态特性分析与多目标拓扑优化

为使复杂工况下运行的SUV汽车在满足各项性能要求的基础上实现轻量化,以汽车转向节为研究对象,利用变密度连续体结构拓扑优化与折衷规划法相结合来建立多目标优化函数模型,利用层次分析法确定各子目标的权重,进行多目标拓扑优化,得到了材料的理想分布.优化前后的转向节静动态特性对比分析表明,采用多目标拓扑优化方法设计的汽车转向节在轻量化的基础上提高了其结构的刚度和固有频率,实现了多目标同时优化.     

多翼离心风机小流量工况流动特性PIV研究

利用示踪粒子成像测速(PIV)技术对多翼离心风机内部流动进行了测量,分析了小流量工况及最高效率点下蜗舌区域及进口区域处的流场.研究结果表明:蜗舌间隙回流在小流量工况下明显加剧,此时大部分气流随着叶轮在蜗壳中循环流动;两种工况下风机进口区域均存在一旋向和叶轮旋转方向一致的非定常旋涡;和最高效率点相比,小流量工况下蜗壳内的循环气流不仅改变了进口旋涡的位置,也使该旋涡的规模和强度显著提高;对瞬态测量结果的进一步分析表明该旋涡的形态和位置在小流量工况下更为稳定.测量结果可为多翼离心风机小流量工况下性能和噪声的优化提供一定参考.     

气液分离室结构对自吸泵水力性能的影响

自吸泵是一种应用广泛的特殊离心泵,其水力性能相比同比转速下的离心泵较低,本文通过改变自吸泵气液分离室两侧的形状来提高其水力性能.基于CFD软件Fluent,采用k-ε湍流模型,对改型设计前后的外混式自吸泵进行了全流场数值模拟.模拟结果表明:经过改型设计,泵的扬程和效率均得到提高;泵腔内的流线平稳整齐,流场得到改善,液体介质流动阻力减小;泵腔内液体介质流动湍动能耗散率减小,紊乱程度降低,能量损耗减少.     

悬架控制臂多目标拓扑优化

为了对悬架控制臂进行轻量化,并保证轻量化的悬架控制臂仍能满足动静态性能要求,采用了多目标拓扑优化的方法。首先以控制臂为柔性体在Adams/Car中建立悬架刚柔耦合模型并对该模型进行多体动力学分析,从而得到悬架控制臂在制动、转向及过凸包等极限工况时的边界条件;然后采用惯性释放的方法对悬架控制臂进行有限元静力分析及模态分析,并根据结果分析其动静态性能;再运用折衷规划法对该悬架控制臂进行多目标拓扑优化,并通过正交试验的方法确定目标函数的权重。最终得到的新控制臂模型重量比原模型降低18.1%,总体刚度及低阶频率都有提高,各极限工况应力均小于许用应力。结果表明,轻量化的悬架控制臂满足性能要求,验证了设计的合理性。     

喷射泵井工况诊断与调参技术研究

为了使喷射泵工作在最优工况 ,提高喷射泵采油系统的效率 ,给出一种根据地面测试数据推断喷射泵井工况并同时计算油井产能的方法 .地面测试参数包括动力液和混合液的压力、流量、温度等 .采用多相垂直管流的计算方法由地面测试数据得到井下动力液泵入口处和混合液泵出口处的流量、压力和温度 .用喷射泵在非等密度体系中的特性方程计算得到喷射泵工作的压力比 ,由压力比计算得到泵吸入口处的压力 .这样 ,就可以计算出诊断喷射泵井工况所需要的压力比 ,流量比和泵效等工况参数 ,泵吸入口压力还可用来计算油井的产能曲线 .用这种方法对喷射泵系统进行工况诊断仅需在地面测试数据 ,避免了测试井下数据的困难 ,测试过程不需停泵 .文中论述了喷射泵井生产系统主要故障形式和诊断方法 ,并给出了两口油井的诊断实例     

力平衡型多输出径向柱塞泵的曲线与流量分析

提出了力平衡型多输出径向柱塞泵,克服了受力不平衡的技术难题,通过切换工作方式实现两种或多种流量的输出.对泵的导轨曲线进行了设计与优化分析,导轨曲线在设计中借鉴双定子叶片泵曲线的构成形式采用两个圆弧曲线与过渡曲线搭配的形式,其中过渡曲线为修正后的阿基米德螺旋线,保证了泵的平稳性与径向受力平衡,对泵不同工作方式下的流量进行了计算,对瞬时流量进行了研究,结果表明:各种工作方式下的流量脉动都较为平稳,内外泵单独工作的瞬时流量最大值与最小值相差不超过0.3m L/s.搭建了力平衡型多输出径向柱塞泵试验台,试验结果表明:随着调定压力的升高,泵在不同工作方式下的容积效率下降都较为明显,最低达到80%,须进一步提高零件的加工精度并完善泵的密封配合.     

不同叶片数对低比转速离心泵压力脉动的影响

为了研究不同叶片数对压力脉动的影响,在保证叶轮其他几何参数不变的情况下,将叶片数设计为4、5、6三种情况,采用FLUENT软件、RNGk-ε湍流模型和滑移网格技术,对低比转速离心泵进行了三维非定常数值模拟,分析了不同叶片数对蜗壳隔舌、蜗壳-叶轮间隙以及蜗壳扩散段内压力脉动的影响.结果表明:各个叶片数泵在三个监测点压力脉动频率均以叶片通过频率为主,且在隔舌处压力脉动幅值变化最大;6叶片数泵在小流量下,隔舌处压力脉动幅值变化均小于4、5叶片数,其最大脉动幅值约为静压均值的9%左右;5叶片数泵隔舌处,在0.6、1.4倍设计流量时压力脉动幅值明显大于设计流量下的幅值,约为设计工况下幅值的2倍和2.4倍;4叶片数泵在1.0、1.4倍的设计工况下,隔舌处的压力脉动变化最大,其最大幅值约为设计叶片数的1.29倍和1.4倍.在不同叶片数时,蜗壳扩散段和蜗壳-叶轮间隙内压力脉动变化相对隔舌处较小.