基于正交试验的双流道泵叶轮优化设计与试验

为了提高双流道泵的水力性能,实现叶轮与蜗壳的最优匹配,以双流道泵为研究对象,选择控制叶轮流道中线的前盖板圆弧R₁、后盖板圆弧R₂、平面流道中线包角ψ和系数m为设计因素,每个因素取3个水平,应用正交试验法设计9组试验方案。利用CFD软件对设计的9副叶轮进行数值优化,以扬程、效率作为方案评价的指标,通过极差分析得到最优方案;通过对比分析原始模型与优化模型的内部流动情况,验证优化方案的有效性。结果表明：额定工况下,优化后泵的扬程较原始模型提高0.59 m、效率提高了5.4%;大流量工况点,优化后扬程和效率提升更加明显;包角ψ和后盖板圆弧R₂对泵的性能影响较为明显;通过对比分析额定工况下优化前后水泵中间截面流线发现,优化后的叶轮与蜗壳匹配更合理,蜗壳中的水力损失明显减少。     

离心泵内空蚀流动的数值模拟

为了研究离心泵内部的空蚀流动,将一种完整空化模型和混合流体两相流模型相结合,应用于离心泵全流道内定常空蚀流动的数值模拟.根据模拟的结果,分别预测了离心泵在大流量、设计流量和小流量情况下运行时,流道内空蚀发生的部位和程度,重点考察了流量的变化对离心泵空蚀性能的影响,为离心泵在特定工况下运行时空蚀性能预测提供了理论依据.     

离心泵叶轮的汽蚀破坏及设计优化

由于使用环境所限,水泵发生汽蚀不可能完全避免.本文中,笔者主要讨论离心泵的汽蚀及相关问题.衡量泵性能的主要参数有流量Q、扬程H、转速n、汽蚀余量NPSHr及功率P和效率η.汽蚀对泵的安全稳定运行有着巨大的威胁,因此如何避免泵在运行中出现汽蚀就成为水泵设计和运行中的重点问题.     

回流孔面积大小对自吸泵性能影响的研究

为了研究自吸泵回流孔面积对自吸泵性能的影响,以ZX80-65型外混式自吸泵为研究对象,设计5种不同回流孔面积方案,通过计算流体力学的分析方法对自吸泵内部流动进行数值模拟,对其回流孔两侧压差、回流孔回流量及外特性曲线进行分析。研究结果表明,回流孔的存在对泵正常工作时的流动特性影响较大。在自吸阶段,适当增大回流孔的面积,可增大蜗壳回流量,在不改变泵基本性能的前提下有助于提升泵的自吸性能。在大流量工况下,增大回流孔的面积导致泄漏量增加,从而增大了泵的容积损失,导致自吸泵效率下降。在额定工况下,回流孔面积越大,回流孔两侧压差越趋近于0,其泄漏损失越小。对于特定的自吸泵,存在一个最佳的回流孔开孔位置。     

离心泵叶轮的汽蚀破坏及设计优化

<正>由于使用环境所限,水泵发生汽蚀不可能完全避免。本文中,笔者主要讨论离心泵的汽蚀及相关问题。衡量泵性能的主要参数有流量Q、扬程H、转速n、汽蚀余量NPSHr及功率P和效率η。汽蚀对泵的安全稳定运行有着巨大的威胁,因此如何避免泵在运行中出现汽蚀就成为水泵设计和运行中的重点问题。     

基于AMESim的起重机械液压系统平衡阀回路动态特性仿真分析

为研究平衡阀回路在起重机械液压系统中的动态特性，以起重机械变幅机构为例，利用AMESim仿真软件分别搭建液控单向阀回路及平衡阀回路仿真模型，比较两种不同回路执行元件压力、流量、位移等参数随时间的变化曲线。结果表明，平衡阀回路可以有效消除起重机械变幅机构负重下行时的抖动现象。同时，仿真分析了不同连接方式对平衡回路性能的影响，相比于直接连接，增加管路后压力波动明显增强，随着管路长度和直径增加，压力波动峰值增大，波动时间变长。研究结果为起重机械平衡回路设计使用提供了参考。     

诱导轮对航空燃油离心泵性能影响的研究

目前,对诱导轮对航空燃油离心泵的性能影响认识不足,针对此问题,设计了等螺距和变螺距两种形式的诱导轮,对其进行数值研究。在数值计算过程中,对采用等螺距诱导轮、变螺距诱导轮和不采用诱导轮三个模型在0.6Q、0.8Q、1.0Q、1.2Q、1.4Q五种工况下进行数值模拟,得到了外特性曲线以及泵内流场速度、压力分布。分析结果表明:在燃油泵主叶轮前添加诱导轮,可以小幅度提升泵扬程,较大程度提高泵的效率,相比于等螺距诱导轮,变螺距诱导轮的改善效果更好;添加诱导轮后,主叶轮入口流动情况得到改善,尤其在大流量工况下,低压区的分布减少,诱导轮对泵内流动的影响主要在叶轮进口处。     

中压甲铵泵内流场数值模拟分析

本文利用相似理论及速度系数法进行中压甲铵泵的水力设计,并利用Solidworks软件建立过流部件的三维模型,利用CFX流场分析软件对定常下的中压甲铵泵进行数值模拟分析,计算出泵的特性参数,判断离心泵设计的合理性;对非定常工况下中压甲铵泵内流场进行数值模拟,得到旋转周期内压力和扬程的变化规律以及非定常条件下的离心泵特性参数。     

蜗壳进口宽度对离心泵性能影响的分析

通过改变蜗壳的进口宽度,对蜗壳与叶轮的匹配关系进行了数值研究．在保证蜗壳断面面积不变的前提下,重新设计了两个进口宽度与原型泵互不相同的蜗壳,分别与原型泵叶轮组合作为研究所用的模型．利用FLUENT软件对离心泵内部流动进行了三维定常和非定常数值模拟．计算结果表明：泵的效率和扬程均随蜗壳进口宽度的增加而降低;随着蜗壳进口宽度的增大,蜗壳扩散段内的低速区域扩大,进口处的速度值减小;速度分布越向壁面分散,漩涡的范围越大．     

时序效应对导叶式离心泵水力特性与流致噪声的影响

为研究导叶相对蜗壳隔舌的时序效应对导叶式离心泵水力特性及流致噪声的影响,以某型号导叶式离心泵为研究对象,通过试验验证数值模拟的可靠性,分析设计工况下导叶不同时序位置(C_L)时离心泵的水力特性和声场特性。结果表明:随着C_L增大,泵的扬程时均系数、效率时均系数和总声压级系数均呈现先增大后减小的高斯分布规律。C_L=0.267为导叶相对最优时序位置,此时泵的扬程和效率达到相对较高,而噪声处于相对较低水平。时序效应对泵内蜗壳隔舌附近流体流动造成影响,导致泵水力性能的改变。在泵的流致噪声中,叶轮诱导噪声为泵噪声主要来源,其声压级值高于其他部件诱导噪声。泵中各部件的压力脉动与声压级在频域上均呈现明显的离散特性,在叶轮叶频及倍频处出现峰值。研究结果为离心泵中径向导叶相对位置的确定提供参考依据。     

微小通道表面射流冲击冷却系统实验研究

根据电子器件的高热流密度散热需求,设计了阵列式射流与微小通道热沉相结合的闭环回路冷却系统,并进行流动及换热性能测试.通过实验探索了系统运行工况参数如流量、背压、工质除气和入口过冷度对冷却性能的影响;比较了不同结构尺寸参数(射流孔形状、射流孔直径d、射流高度H)下热沉换热及流动性能的差异.实验数据与现有文献中经验关系式的预测结果相符.     

颗粒密度对动静叶栅内流动特性的影响

基于大涡模拟方法和Mixture多相流模型,运用CFD软件对泵工况下动静叶栅内的固液两相非定常流场进行了数值计算,分析了不同颗粒密度下动静叶栅内固液两相流动特性及流道内涡结构的演化规律。结果表明,颗粒密度增加时,离心泵扬程和效率出现小范围的增加;动叶栅进口负压区面积逐渐增大,静叶栅出口处压力逐渐增大;叶轮流道内旋涡个数增多;叶轮进口固相体积分数增大,固体颗粒在叶轮进口聚集。动叶的强剪切和较大逆压梯度作用是动静叶栅内涡流产生和演化的主要因素。     

基于FLUENT的双蜗壳离心泵径向力数值分析

利用CFD软件Fluent对HD型石油化工流程泵的不同工况作流场计算.采用雷诺时均方程和标准κ-ε湍流模型,压力和速度耦合采用SIMPLEC算法,对双蜗壳离心泵内部流场进行模拟,分析了双蜗壳泵静压力和速度场的分布规律,并对径向力进行了计算分析.通过模拟计算发现,数值模拟计算外特性曲线与试验曲线趋势一致,两者相对误差小于10%,说明应用数值计算结果建立的离心泵径向力计算模型具有一定的准确性.利用离心泵径向力的数学计算模型,得出各个工况下叶轮所受的径向力的大小和方向.结果表明,双蜗壳结构泵能有效地减小径向力,在设计点运行时径向力最小且不为0,偏离设计工况下径向力逐渐增大,但不同工况下径向力的变化不大,验证了双蜗壳能有效地平衡径向力.     

考虑沥青路面材料阻尼特性的动力学响应研究

针对沥青路面动力学响应问题,本文从动力学基本理论出发,阐述了有限元技术在动力学方程中的应用,并利用有限元技术考虑路面材料的阻尼特性构建数值模型,分析不同阻尼比工况下沥青路面的动力学响应规律,结合实例分析,得出如下结论:随着时间的增加,路表面中心点处的弯沉值前期逐渐增大,后期出现了减小的趋势;在前期,阻尼比越小,弯沉值增加越快,反之,阻尼比越大,弯沉值增加越慢;不同阻尼比,弯沉值到达波峰的时间不同,阻尼比小的先到达最大值;不同阻尼比,弯沉值的最大值不同,阻尼比小的弯沉最大值较大,为此,在进行路面设计时要充分考虑路面材料的阻尼特性。     

用模糊控制器改善矿井提升机环流变换器输出电压波形

为保证矿井提升机平稳起降,设计了一种基于模糊算法控制的环流变换器,目标是保证变换器电压输出波形为对称的正弦波.在具体的系统实现中,变换器主回路选择环流控制方式,采用高性能DSP作为模糊控制核心,通过加权平均判决的模糊决策算法对变换器主回路晶闸管的触发角进行调制,从而有效控制输出电压波形.实验结果显示,采用这种模糊控制的环流变换器的电压输出性能得到大幅改善,波形对称且非常接近正弦形,能够保证矿井提升机停位准确,减少冲击.     

润滑剂用磁流体的磁流变学性能研究

由道森-希金森最小油膜公式可知,润滑剂用磁流体的摩擦磨损与磁流体的粘度有关.设计了一种测量磁流体粘度的流变仪来研究其变化.从实验结果可知,磁流体粘度随外磁场增大而增大,变化范围为1~10倍,粘度增加与磁场施加之间大约有5 s的滞后;同一磁场作用时,随着时间的改变,粘度也随之增加;磁场强度越大,变化率也越大;载液、磁性粒子和耦合剂也同样会引起磁流体粘度的改变.上述因素影响到油膜厚度,在实际工况中可以通过控制磁流体的粘度来控制油膜厚度,从而控制其摩擦性能.     

诱导轮叶片数对超高速泵性能影响的研究

针对航空航天领域的一台超高速泵(38 500r/min),基于SIMPLEC算法,采用雷诺时均Navier-Stokes方程和RNGk-ε湍流模型,对带诱导轮和不带诱导轮两种结构下的流动进行三维湍流数值模拟,分析其在各工况下的内、外特性,就诱导轮叶片数对超高速泵性能的影响进行探讨。结果表明,添加诱导轮可以改善泵的性能及流动状态;Z3时,增加叶片数可改善诱导轮内的流动状态,提升诱导轮的水力性能,提高叶轮的汽蚀能力,使泵的整体性能逐渐上升;而当叶片数继续增加,泵的扬程虽然继续上升,但功率增大,效率下降,叶轮的汽蚀性能逐渐下降。诱导轮叶片数为3枚时,诱导轮内流动情况最优。Z=2时泵的整体性能最好。     

混流式水泵水轮机驼峰区非定常内流动特性研究

为了研究混流式水泵水轮机在泵工况下驼峰区内的流场信息,以某抽水蓄能电站模型水泵水轮机为研究对象,对模型机组进行了全流道非定常数值计算。结合试验数据,分析了泵工况下驼峰区内流道内不同位置处的流态特征,讨论了流量变化对驼峰区内流动特性的影响。结果表明:当机组进入驼峰区时,流量减小,介质的轴面速度变小,冲角增大,这时流体射向叶片的背面,在工作面上出现流动分离、旋涡现象。双列叶栅处部分固定导叶和活动导叶压力面及吸力面逐渐被低速区流体包围,这些低速流体形成旋涡,阻塞了流道,能量损失变大,导致水力效率降低。这些因素是驼峰区形成的主要原因。     

剪切速率效应下路基盐渍土应力-应变软化模型及抗剪强度参数试验研究

盐渍土这一特殊土,目前作为路基填土在西北地区的应用十分常见,其工程力学特性广受关注,且随环境变化对路基工程影响明显。通过室内三轴试验,分析了路基盐渍土在不同围压下加载速率、含盐量、含水率的改变对其抗剪强度参数黏聚力和内摩擦角的影响机理,并以此建立了盐渍土应力-应变软化本构模型。试验结果表明:土体软化模型能较好反映盐渍土的应力-应变关系曲线变化规律。随着加载速率的增大,黏聚力先增大,后有减小趋势,内摩擦角先减小后有缓慢增大趋势,二者类似横坐标方向镜像对称。当含盐质量分数从2.54%增加到16.54%时,黏聚力和内摩擦角变化一致,均为先减小后增大,临界含盐质量分数在10%左右。当含水率增加时,黏聚力和内摩擦角均有明显减小趋势,当下降到一定值后趋于平稳。     

两种修正达西模型对平板通道内流动换热的影响

采用数值模拟的方法,对层流状态下恒热流壁面平板通道完全填充多孔介质的流动换热进行了相关研究.通过局部热平衡模型描述多孔介质内的换热,分别用Brinkman-Darcy流动模型和Brinkman-Forchheimer-Darcy流动模型描述多孔介质内的流动,并对比了两种流动模型下的流动换热性能.结果表明:Re数较小时,两种流动模型下的换热差异很小(壁面平均Nu数相差1%);随着Re数的增大,两种流动模型下的速度场和温度场差异增大,因而为了更准确的描述添加多孔介质后通道内的流动换热变化,在Re数较大时,需采用BDF流动模型.