轴流式血泵水动力特性和生物相容性的数值模拟

为了准确评价自行设计的轴流式血泵的水力性能和生物相容性,将一种黏弹性流体k-ε模型应用于该血泵内紊流流动特性的数值模拟,分析了轴流泵的泵壳与转子间狭缝中以及叶轮流道内的静压和切应力的分布规律,并将溶血指标计算方法与此黏弹性紊流模型结合,计算了黏弹性流体为工质时血泵的溶血指标,并与水为工质时的计算结果进行了对比.结果表明:在相同转速和流量条件下,质量分数为0.06%的黄原胶溶液为工质时的静压压升高于以水为工质时的相应值,质量分数为39%的甘油溶液为工质时静压压升最不明显;甘油溶液的雷诺应力和黏性切应力均高于水和黄原胶溶液的相应值;黏弹性流体为工质时泵的溶血指标比水和甘油溶液的低,且数值处于同一数量级上.该模型能较为准确地预测血泵内黏弹性流体的紊流流动特性,但血泵的结构需进一步优化和改善.     

高坝下游水垫塘中三种典型流态的数值模拟

用垂向二维k-ε紊流模型数值模拟了高坝下游水垫塘流场结构,并与实测流速值进行了比较.研究结果表明,用该模型及相应的k-ε紊流模型边界条件模拟是可行的.采用该模型分别模拟了下游水深降低、水舌入水角变化时水垫塘内的流场结构,得出了自由冲击射流、淹没冲击射流和面流三种典型流态,描绘了三种流态下水垫塘流体质点的迹线特征,给出了流速、动水压差、紊动能和耗散率的分布规律.研究结果表明,水垫塘应避免出现自由冲击射流流态,可以通过加大水垫深度、减小入水角、控制流态来实现淹没冲击射流或面流流态,以降低底板动水压差、紊动能和耗散率,保证水垫塘的安全运行.     

模型血泵相似性设计及验证

以日本磁悬浮离心式血泵为原型,设计制作了放大2倍的模型泵,用不同流体对泵的相似性进行实验验证发现,模型泵和原型泵具有很好的相似性;采用黄原胶溶液模拟血液流体比水的相似性更好,质量分数为0.06%和0.04%的溶液比其他浓度溶液更接近血液流体.在溶液浓度较低时,溶液的非牛顿特性对离心泵的相似设计影响较小,模型泵实测相似临界雷诺数和转速分别与相似设计的临界雷诺数和转速一致;在溶液浓度较高时,溶液的非牛顿特性对离心泵的相似设计影响较大,模型泵实测相似临界雷诺数和转速远小于相似设计的临界雷诺数和转速.     

溢洪道贴角斜挑坎挑流水舌水力特性研究

溢洪道出口挑坎体型的设计会依据工程的需求而有所不同.通过模型试验和数值模拟结合的方法,将常规的斜切式挑坎与加贴角的斜切式挑坎的水舌形态、水舌挑距、挑高、水舌及下游紊动能和紊动能耗散率进行比较分析,得出了加贴角后斜挑体型的新的特征.对于狭窄河道大交角溢洪道,加贴角斜切式挑坎能够使挑流翻转偏向一侧,有利于挑流的归槽,减小了入水宽度和对单侧岸坡的冲刷,且挑流在空中运动时紊动剧烈,砸落水垫时紊动能耗散迅速,有利于下游消能防冲.     

空化过程对核主泵外特性变化的影响与分析

为研究空化发展对核主泵外特性及内部流场的影响,基于连续性方程、雷诺时均N-S方程和RNG k-ε湍流模型,对核主泵模型泵在设计工况下进行全流场空化模拟.研究中选择四种空化工况,通过对比模拟结果,得出核主泵在发生空化时,其性能变化规律及内部流场变化规律.模拟结果表明:核主泵发生空化时,泵的外特性对有效空化余量降低的敏感程度不同.随着空化程度的加剧,扬程下降最快,功率下降最慢.空化状态下,由于空化产生的气泡对叶轮流道产生排挤作用,使得过流断面面积减小,流体相对速度增大.此外,由于空化产生的气泡改变了空化区域流体状态,使流体动力黏度减小,导致空化区域湍流耗散率减小,湍流耗散损失降低.     

黄原胶流变学性质的实验研究

研究了不同浓度黄原胶水溶液的流变学特性,回归了稠度系数K和流变参数n与黄原胶浓度Cp的关系,结果表明：溶液浓度较低时,黄原胶水溶液为牛顿性流体;随着浓度的增加,逐渐转变为假塑性流体．可以分别描述为黄原胶浓度Cp的函数：当0〈Cp≤30g／L时,K=1．128Cp^1.572．当0〈Cp≤8g／L时,n=0．485-0．16lnCp;当8g／L〈Cp≤30g／L时,n=0．075＋0．041lnCp．     

流动环境中热水负浮力射流的近区特性分析

在对流动环境中平面热水负浮力射流进行数值模拟的基础上就近区特性进行分析,得到了不同排放角度和射流比下涡心和分离点位置等特征量的值.分析了水面上流速、温度、湍动能及其耗散率变化规律,对涡心断面上的动量方程和湍动能平衡进行了研究.计算结果分析发现回流区内湍动能最大值存在滞后的现象,浮力作用对时均量的影响较大,而对紊动量的影响则比较小.     

进水均匀性对大型轴流泵装置空化特性的影响

针对肘形进水流道对大型轴流泵装置空化特性的影响,从进口速度三角形理论出发,推导泵汽蚀余量与进口速度均匀性之间的关系.采用CFD技术对大型轴流泵外特性曲线进行模拟,与试验结果进行比较,结果表明:在设计工况下,扬程误差为3.58%,效率误差为3.31%.并对泵装置性能和空化特性进行预测,受肘形进水流态的影响泵装置进口速度均匀度变差,致使其扬程下降了7.83%,汽蚀余量增大了12.04%;通过比较进口速度均匀性,发现在叶轮进口截面处进口来流并没有垂直均匀地进入叶轮内部,而是与轴向流线成一定角度,且泵装置空化时来流速度加权平均角θ最大;将θ带入推导公式,发现泵装置的汽蚀余量误差能得到减小,且小于5%,达到工程应用要求.     

微胶囊流体脉动热管的热输送性能

将外径为2.5 mm、内径为1.3 mm的铜管加工成四环脉动热管,在不同工质(3%的FS-39E型微胶囊流体、乙醇、水)和充液率(40%～80%)下探讨了脉动热管的启动特性,以及工质和充液率对脉动热管热输送性能的影响.结果表明:脉动热管的启动与充液率、热驱动力和工质有关;相比于乙醇和水,微胶囊流体作为工质时,脉动热管具有较宽的工作范围,尤其在高充液率的条件下,热管表现出良好的启动性能和热输送性能.     

回热无泵氨-水吸收式制冷系统的设计分析

为了充分利用无泵氨-水系统中稀溶液的余热,在系统内串联一个相同的发生容器,并在各发生容器内增设溶液热交换器.利用建模程序,对系统在不同工况下进行模拟计算,分析了外部参数变化对于循环性能的影响,并与改进前的系统进行比较.研究结果表明:当溶液循环率λ=1时,回热系统的制冷性能系数(COP)可达0.295,比原循环的值提高了82.1%;增大λ值,可大大减少所需预热负荷和预冷负荷,从而较为明显地提高系统COP,改善系统制冷连续性,且λ越大,回热系统的优势越明显.初步探讨了回热系统采用二元工质的性能和参数影响,为后续三元工质的应用研究提供必要的指导.