液环泵作真空泵与压缩机工况下的内流场及外特性分析

采用数值模拟和实验相结合的方法,对2BE型液环泵在真空泵与压缩机工况下的内流场及外特性进行对比分析.结果表明:相同的进出口压比时,压缩机体积流量小于真空泵体积流量,体积流量比和效率比均随着压比的增大而逐渐下降;真空泵和压缩机工况下内部的相态场、速度场和压力场分布规律基本一致;压缩机工况下的排气区和过渡区叶轮内旋涡二次流明显要强于真空泵工况下的,相同压比变化时压缩机工况下排气区内壁压力显著增大;液环泵壳体内壁压力的频域特性沿圆周方向存在明显的分区特征;真空泵工况下的各阶主频特性与压缩机工况下的完全一致;在各压比下,压缩机工况的泵壳体内壁压力脉动幅值整体大于真空泵工况的,随着压比的增大,压缩机工况下的排气区和过渡区壳体内壁压力脉动幅值明显增大.     

液环泵喷射器内流场及其与液环泵匹配特性

为研究喷射器内流场特性及其与液环泵的匹配关系,在液环泵进口前串联喷射器,通过数值模拟和试验相结合的方法对液环泵喷射器系统内流动进行研究,分析喷射器内部超声速射流产生的激波现象及其与边界层相互干扰引起的流动分离复杂流动结构,研究不同尺寸喷射器和液环泵的匹配关系及其对泵性能的影响机理.结果表明:喷嘴出口在压差作用下产生超声速射流,形成规则分布的激波串,激波与边界层相互干扰引起了流动分离,压力、密度和马赫数等参数在喷嘴出口呈振荡分布;液环泵进口前串联大气喷射器,在合理的匹配条件下能提升系统吸入口的真空度及流量,改善液环泵进口的工作条件;一定范围内随着喷射器几何尺寸的增大,引射真空度逐渐增大、泵进口吸气量逐渐提升,喷射器有效工作范围增大.     

基于CFD的潜液式液化天然气泵导叶设计

潜液式液化天然气(liquefied natural gas, LNG)泵工作时, 屏蔽电机和泵体全部浸没在低温液体中. 为减小泵的径向和轴向尺寸, 潜液式LNG泵采用了一种特殊结构的导叶. 在分析潜液式LNG泵导叶结构特点的基础上, 研究导叶进口喉部宽度和折转角对泵设计工况水力性能的影响. 首先, 设计不同几何参数的导叶, 并分别与同一叶轮进行匹配; 再通过ANSYS CFX软件, 采用标准k-ε湍流模型对各导叶分别进行全流场数值计算. 计算结果表明: 进口喉部宽度是潜液式LNG泵导叶的关键尺寸, 设计时需重点考虑; 进口喉部宽度存在最优值, 且最优值大于经验值; 进口折转角对泵扬程和效率影响较小. 因此, 设计导叶时可优先确定其他关键尺寸, 再通过调节进口折转角改善导叶的结构.     

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.     

适用于液氨类介质的垂直型齿轮泵设计

为改善与提高液氨类介质齿轮泵的进口空化性能和有效容积率,从进口流道的方向与位置设计及齿轮副基本参数优化等方面,提出一款来流方向垂直于泵内搬运方向即具有垂直型流向的齿轮泵.基于现有的优化模型,通过单位排量体积优化目标的公式修正,新增有效容积率约束,新建根切重合度约束,优化出齿轮副的模数、齿数、变位系数、齿顶高系数等基本参数,并据此进行相关分析.结果表明:现行通过主动轮齿顶啮合计算出的重合度不可靠,只有通过从动轮齿根点能否进入啮合计算出的重合度,才能保证齿轮副的连续传动;垂直型流向有利于进口空化性能的提高和困油性能的改善,外形上具有轴向尺寸小、径向尺寸大的几何特征等.方法为适用于任何介质的齿轮泵设计提供了一种新的思路.     

径流式叶轮的设计方法

一元流方法是径流式叶轮设计的基础.本文论述用一元流方法设计径流式叶轮高次和二次圆柱抛物面叶型的单弯形径向叶片及用于近代涡轮叶轮的二次圆柱抛物面叶型的双弯形径向叶片的设计方法和步骤,讨论压气机叶轮进口扩张角的计算方法及进口扩张角较小的径向偏斜式叶轮的设计方法;提出了用一元流方法.计算弯曲叶片槽道截面积的计算方法及叶轮子午面流道型线的快速逼近作图法.     

双向贯流泵装置特性数值模拟

采用数值仿真技术,对青龙桥河双向贯流泵各工况的装置性能曲线、汽蚀特性、流道水力损失分布、轴功率等参数进行了分析与计算．结果表明：用基于有限体积法的双方程紊流模型对泵装置流场进行数值仿真研究,是可行、有效的;利用数值仿真技术优化泵站型线,可显著地提高装置效率．     

大型轴流泵站双向流道设计及泵装置特性试验

分析了双向流道型线设计方法 ,提出了一种适用于灌排结合低扬程大型轴流泵站的新型平面蜗壳双向流道及其设计方法 ,并结合魏村泵站模型试验对平面蜗壳双向流道泵装置特性进行了试验研究 结果表明 ,流道流线平顺 ,泵装置运行稳定 ,装置效率较高     

环形混合器混合排气系统气动形面的优化设计

以B样条曲线为基础、采用计算流体力学方法,并结合改进的粒子群优化算法,提出了一套环形混合排气系统喷管型线与环形混合器径向位置的一体化优化设计方法,并采用该方法对某型使用中的环形混合器混合排气系统进行了优化设计.优化结果表明,较之原始模型,优化后的环形混合器混合排气系统在流量分配方面与设计值更为接近,涵道比的误差为2.8%.气动性能方面,设计条件下,优化模型推力为原始模型的1.061倍,总压恢复系数则提升至0.995;在非设计条件下,优化模型的总压恢复系数较原始模型提高了0.7%和0.4%,推力较原始模型提高了1.2%和2.7%.     

大型轴流泵站双向流道设计及泵装置特性试验

分析了双向流道型线设计方法,提出了一种适用于灌排结合低扬程大型轴流泵站的新型平面蜗壳双向流道及其设计方法,并结合魏村泵站模型试验对平面蜗壳双向流道泵装置特性进行了试验研究,结果表明,流道流线平顺,泵装置运行稳定,装置效率较高。     

一种双吸式血液泵水力设计

为了更好地满足体外循环装置和人工心脏的运行要求,该文采用RANS方法和SSTk-ω湍流模型对一种双吸式血液泵进行了三维定常湍流计算;在详细分析血液泵内部流动特征的基础上,对泵的水力部件如叶轮及压水室进行了设计优化,并探讨了各种设计对血液泵主要运行参数的影响。结果表明:压水室隔舌附近的流道容易出现较大的局部壁面剪切应力,是泵内血细胞容易受到损伤的危险区域;适当增大压水室断面面积有利于提高泵的水力效率;选择较大的叶片出口安放角时血液泵可获得较高的扬程,但采用径向叶片叶轮(出口叶片安放角为90°)时须设法控制流动扩散及其对泵性能的影响;所设计叶轮的平均壁面剪切应力为20～26 Pa,小于损伤血细胞的临界值。     

基于NSGA-Ⅱ遗传算法的低比转速离心泵多目标寻优

为了提高低比转速离心泵的水力效率和扬程,选取比转速为30的某一低比转速离心泵为研究对象,以离心泵的扬程和水力效率最大值作为优化目标,采用离心泵基本方程与Plackeet-Burman试验相结合的方法进行参数筛选,最终选取离心泵叶轮的叶片出口安放角、叶片包角和叶片出口宽度作为优化变量.在优化过程中,采用最优拉丁超立方设计方法安排了30组试验,利用RBF神经网络模型拟合出优化目标与变量之间的近似模型,并运用基于NSGA-Ⅱ遗传算法进行多目标寻优.优化结果表明:优化后的叶轮扬程基本没有变化,水力效率提高了5.82%,消除了流量-扬程曲线的驼峰现象,使离心泵的运行更加稳定;优化后叶轮流道内的压力梯度减小,漩涡的发生区域及大小也有不同程度的改善;叶轮流道内湍流区域分布均匀,叶片做功能力增强,水力效率得到提高.     

混流泵叶片优化及基于状态方程模型的空化研究

在保证效率和扬程的前提下,为了最大限度地提高混流泵空化性能,利用基于正压流体状态方程的空化模型,开展了混流泵空化性能研究.发现原来采用速度系数法设计的5叶片混流泵叶片结构并不合理,泵叶轮设计工况下的临界空化余量较高.针对这一问题,增加混流泵的叶片数目为7片,并以效率和扬程作为目标函数,对7叶片混流泵叶片进口边形状、叶片前缘厚度以及叶片厚度变化规律进行了优化设计.混流泵优化前后3种不同叶片结构方案的空化性能对比分析结果表明:混流泵叶片进口边适当向进口方向延伸,叶片进口边前缘减薄,以及改变叶片厚度的变化规律,将使混流泵的临界空化余量大大降低.优化设计后的混流泵效率为90.857%,扬程为163.86m,优化后的临界空化余量为28.64m,相比优化前降低了45%,有效地改善了混流泵在设计工况下的空化性能,为今后该类高温高压混流泵的设计和优化提供了方向.     

基于计算流体力学的循环圆设计参数对液力变矩器的性能影响预测

为了提高改型设计效率,建立了液力变矩器参数化流道模型并进行三维流场仿真计算,与试验数据对比结果验证了参数化模型的可靠性。在此基础上,分别研究了相对截面积、扁平率、循环圆径向比和进出口半径等循环圆设计参数对液力变矩器性能的影响,并对比分析了各设计参数对液力性能的影响程度。结果表明,相对截面积对失速泵轮能容系数影响最大,但对失速变矩比和最大效率影响最小;扁平率、泵轮出口半径和导轮进出口半径对失速变矩比均有较大影响;而泵轮出口半径对最大效率影响最大。研究结果为液力变矩器的优化设计提供了理论参考。     

井下抽油泵吸入口附近腐蚀模拟试验装置研制

 油田井下抽油泵吸入口附近套管腐蚀穿孔现象比较普遍,严重影响油田的稳产。为研究其腐蚀机制,自行设计和制造了一种井下抽油泵吸入口附近动态腐蚀模拟试验装置。该装置采用单柱塞泵和与现场一致的油套管柱结构,真实模拟了抽油泵间歇性的生产方式以及泵吸入口附近流体的流动状态,实现了不同温度、CO₂分压、流速等条件下腐蚀速率的测定及腐蚀行为的研究,可为套管选材提供参考。试验结果表明,抽油泵吸入口附近腐蚀介质的流速流态是造成该处套漏的主控因素,并以CO₂局部腐蚀为主,与现场套损状况一致。     

基于高压水射流清除标线的真空回收系统仿真与试验研究

高压水射流道路交通标志线清除车是一种利用高压水射流技术清除道路废旧交通标志线的道路养护设备,辅以真空回收系统,可以在清除道路标线的同时将作业产生的废水残渣进行回收,保护环境。真空回收系统在高压水射流道路标线清除系统中具有重要作用。文章以真空回收腔为研究对象,通过模拟仿真和正交试验研究不同参数条件下真空系统的回收效果。研究表明：三个影响因素对真空系统回收率的影响大小顺序为：真空泵抽吸压力>系统射流压力>吸口离地间隙。较大的真空泵抽吸压力、较小的吸口离地间隙和较小的系统射流压力组合后可以提高系统的回收能力。     

基于梯度强度立柱的客车侧翻安全性多目标优化设计

提出一种新型梯度强度立柱结构,使侧翻时客车立柱不同位置的强度与受力匹配.对梯度立柱分析表明:新型梯度强度立柱结构明显提高了客车侧翻安全性能.结合最优拉丁方实验设计和径向基近似技术,构建了设计响应的高精度近似模型,并采用多目标遗传算法对其寻优.优化结果表明:通过对梯度强度立柱结构的强度与壁厚的合理匹配,不仅使得客车的侧翻安全性得到较大的改善,而且达到了客车轻量化设计的目的.     

基于非支配排序遗传算法的塔机有限元模型修正

为了建立一个能准确反映结构实际状态的有限元模型,提出了一种基于非支配排序遗传算法Ⅱ(NSGA-Ⅱ)的有限元模型修正方法.首先建立初始有限元模型,基于二次响应面法,得到有效的响应面替代模型,然后采用NSGA-Ⅱ对该模型进行修正,最终建立了满足工程精度要求的可靠的有限元模型.给出了某型塔机有限元模型修正的工程算例,将修正后的计算结果与实测数据相比较,说明了基于NSGA-Ⅱ多目标优化算法对于有限元模型修正具有理想的效果,修正后的有限元模型能准确反映结构力学特性.     

固溶时效工艺对6016铝合金力学性能的影响及多目标优化

作为6XXX铝合金热处理工艺的一部分,固溶处理与时效处理对6016铝合金的力学性能有显著影响.本文把固溶温度、时间和时效温度、时间作为设计变量,应用中心组合实验设计法设计固溶-时效实验方案,在室温下分别测出试样的屈服强度、伸长率和维氏硬度.第二代非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)解决了第一代算法参数选取难、运行效率低等缺点.本文用第二代非支配排序遗传算法把得到的响应面方程作为目标函数进行多目标优化,经过计算后获得非劣解,从中可筛选出使目标函数较好的解与相对的固溶-时效工艺参数.