前置灯泡贯流泵装置内部流动数值模拟

基于雷诺时均方程和RNG(renormalization group)k-ε湍流模型,采用SIMPLEC算法对一前置灯泡贯流泵装置内部湍流流场进行数值模拟.分析了前置灯泡贯流泵装置的内部流动特征,进水流道内的流态比较平顺,而出水流道内的流态则是在非设计工况出现明显的偏流和漩涡.同时,预测了不同工况下前置灯泡贯流泵装置的水力性能(包括扬程、效率等),最优工况点的效率达76.24%.为今后前置灯泡贯流泵装置的设计优化提供了依据.     

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．     

基于熵产理论的叶栅型线优化设计

将熵产理论引入二维叶栅的优化设计中,提出了一种能够准确量化在任何位置的流场不可逆损失的分析方法.基于热力学第二定律,理论推导了湍流下的流场熵产计算公式,采用涡黏性模型对叶栅流场熵产进行计算,详细讨论了安装角、叶栅稠度、叶型厚度对叶栅性能及流动损失的影响规律.通过B样条曲线完成叶栅参数化建模,并将改进的带精英策略的非支配排序的遗传算法(NSGA2)与计算流体力学(CFD)相耦合,建立一种以最大总压升和最小熵产率为目标的叶栅自动优化方法,进而得到优化叶栅的Pareto解.与初始种群相比,优化叶栅具有更优的气动性能,在总压提高的条件下,流场熵产率减少.     

基于熵产理论的翼端间隙空化涡流特性研究

以水翼侧端的间隙流场为研究对象,采用经过实验验证的空化流动数值模拟方法,获得不同间隙宽度下的流场信息．基于熵产理论分析发现：湍流耗散导致的熵产值占总熵产的比例最高,超过50%,其随间隙宽度的变化规律与总压差反映的能量损失接近,但熵产更能揭示流场的能量损耗细节．分析间隙涡流和空化流动特征可见：湍流耗散主要集中在旋涡外缘和空化末端区域,与旋涡的旋转方向及空化发展的稳定性相关．在小间隙宽度下,应更关注水翼附近的能量损失．随着间隙宽度的增大,空化会影响下游更远的流场,因此间隙宽度的影响须结合能量损失和流动特征进行综合评判．     

灯泡贯流泵水力性能和鱼类通过性能的多目标优化研究

为兼顾泵站运行效率与鱼类通过安全性,结合计算流体动力学、鱼类损伤模型、遗传算法寻优开展多目标优化研究。基于敏感度分析,分别优选了影响贯流泵性能和鱼类存活率的显著因素,采用最优拉丁超立方抽样、Kriging模型、NSGA-Ⅱ算法构建了多目标优化系统,通过分配权重因子得到了效率最优(A)、鱼类存活率最优(C)和两者兼顾(B)的3种寻优方案。结果表明：方案A效率较初设方案提升了5.2%,方案C鱼类存活率较初设方案提升了49.4%;叶片包角、弦高、前伸角是影响水力性能的关键因素,叶片前掠角、前伸角、叶片厚度是影响鱼类存活率的关键因素,且前伸角对两者的作用效果相反;撞击死亡率高度影响鱼类过泵存活率,而撞击概率对此影响较小,可通过加大叶片前缘厚度、增加叶片前掠角、降低前伸角来提升鱼类存活率。该研究成果应可为我国大型泵站群向生态水利方向发展提供参考。     

圆形管道90°汇流口局部能量损失

进行汇流管路特别是管路较短或汇流节点较多的管路系统设计时,正确确定管道汇流口水流局部能量损失具有重要意义.为此,根据水动力学基本原理,在分析90°汇流口独特水流特性及能量耗散机理的基础上,提出了局部能量损失系数的综合表达式,并应用试验资料对该综合表达式进行了验证.研究结果表明,正确分析管道汇流口水流的局部能量损失机理,必须考虑汇入断面上支流沿下游主流方向的动量输入和主支流间相互掺混引起的附加摩擦阻力的影响.     

低能量导爆索弯曲传爆特性相关研究

利用非线性动力分析软件LS-DYNA3D,对低能量导爆索弯曲条件下的传爆进行了数值模拟和实验研究。结果显示在截面相同情况下,无论是爆轰波波阵面压力还是爆速在经过圆弧段弯曲后,都相应地产生损失,相比直线传爆数据发生下降。对于弧形弯曲,相当于爆轰波经过连续的不变的小拐角绕射,这种情况下的爆速低于直线传播的爆速。     

圆管突然扩大与突然缩小的局部水头损失系数的研究

采用RNG k-ε紊流模型,对Re4 400时圆管中突然扩大和突然缩小的局部水头损失进行数值模拟;并与实验值进行比较。结果表明:模拟得到的测压管水头差与实测值吻合较好,局部水头损失系数的相对误差较经验值的相对误差小;圆管突扩与突缩的局部水头损失系数与雷诺数的对数呈良好的线性关系。随雷诺数的增大,局部水头损失和突扩局部水头损失系数逐渐增大;而突缩局部水头损失系数呈减小的趋势。对工程实践中水利工程的设计有重要的指导意义。     

流体横掠顺排和错排方形微针肋阵列的流动传热和熵产分析

采用数值模拟的方法研究了流体横掠错排和顺排方形微针肋的流动、传热和熵产。结果发现,雷诺数Re≤50时顺排和错排微针肋阵的熵产接近,Re在50~100之间两者流动熵产和传热熵产的差距开始增加,Re≥100之后错排微针肋阵流动熵产远大于顺排微针肋阵,传热熵产小于顺排针肋。传热熵产数值大于流动熵产,总熵产趋势同传热熵产。以Re=100为例,详细分析发现错排针肋阵内速度场较顺排针肋阵均匀,产生的漩涡较小,温度场分布也较顺排针肋阵均匀。局部熵产分析发现错排针肋和顺排针肋传热熵产分布不同,流动熵产分布近似。     

局部网格粗化与加密技术在大底水油藏数值模拟中的应用

大型底水油藏数值模拟模型的网格数量庞大,其中底水区域的网格数目占绝大部分,占用很大数值计算量。同时,对于储层较厚的底水油藏,常规的网格系统通常无法准确描述油水分布及开发动态。针对大型底水油藏数值模拟中存在的问题,提出了底水区域实施适当网格粗化,生产井附近区域适当加密的处理方法。采用此方法既能保证计算精度,同时减少了模型网格数,大幅提高模拟计算效率,同时为该类油藏生产井的射孔位置、厚度等指标的设计优化提供了技术保障。     

泵及泵用作透平时的数值模拟与外特性实验

针对泵及泵用作透平时的内部流动规律等问题展开了研究,并建立了一种开式泵用作透平时的实验台,同时对一单级单吸离心泵的正反工况进行了外特性实验研究,从而得到了相应比转速的泵在正反工况下的外特性曲线,进而验证了泵在反运转时可用作透平且具有较高的效率.采用全流场和结构化网格技术对泵及泵用作透平时进行了数值计算,计算结果与实验结果吻合良好;对泵及泵用作透平时的内部速度场和压力场进行了分析.     

微小型泵内粘性流动的试验与基础研究

为了对垂直转子微小型泵的内部粘性流动规律进行深入研究,根据偏置于两平板间的转子两端剪切力不平衡的原理,设计了一种偏置式垂直转子微小型泵,并利用粒子成像测速(PIV)技术对泵体内部的粘性流动进行了可视化量测。根据N-S方程对微小型泵的内部粘性流动进行了数值模拟计算。两种方法均得到了泵体内部的流线分布、泵体出口端面的平均速度和体积流量与Reynolds数的关系曲线。比较和分析结果表明:当Reynolds数小于100时,泵体出口端面的平均速度、体积流量与Reynolds数基本成正比关系;随着Reynolds数的减小,流体的粘性作用相对增大,垂直转子微小型泵可对流体进行更加有效的输送。     

电能量损失监控系统的研究与应用

从分析用户的非法用电情况入手,设计了一种新的电能量监测系统,并详细介绍了它的工作机理.该系统采用DSP技术、通讯技术和数据库技术,能够及时反映出用户的用电情况并对非法用电进行及时补偿,具有实时性、可靠性和实用性等特点.     

基于仿生翼型喷水推进泵内流场特性研究

基于仿生学原理开展喷水推进泵内部流场特性研究.采用数值模拟与模型泵试验相结合的方法对仿生翼型设计的喷水推进泵叶轮与NACA4410和791翼型得到的叶轮进行比较分析.研究结果表明,相同条件下,仿生翼型泵扬程最高,附着在叶片附近的低压区最大,上压力面与下吸力面压差最大,效率最高;仿生翼型泵湍流动能发展相对稳定,速度矢量分布最为均匀,能量损失最小,仿生翼型泵具有最优的水力性能.仿真翼型叶轮的研究方法在喷水推进泵模型优化上具有一定的可行性,对后续的研究具有重要的指导意义.     

采用能量平衡黏附理论的灌水器泥沙-壁面黏附特性研究

为了从量化的角度评价灌水器的抗堵性能,从单个沙粒的角度,分析了其在滴灌灌水器迷宫流道内的行为,建立了基于能量平衡的颗粒黏附模型,并计算出黏附临界速度.通过粒子图像测速可视化试验与计算流体动力学数值模拟相结合的方法,对采用能量平衡的黏附理论模型进行了适用性验证.研究发现,当灌水器入口压力越大、颗粒粒径越大或者颗粒-壁面间...     

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.     

虹吸式出水流道水力特性分析与试验验证

为了研究虹吸式出水流道水力特性,基于某立式轴流泵装置,采用数值模拟与模型试验相结合的方法,首先根据泵装置布置形式和初步设计尺寸,开发了虹吸式出水流道参数化设计软件,极大地缩短了设计周期.然后对4种虹吸式出水流道方案进行了全流道数值计算,并根据计算结果对虹吸式出水流道进行定量分析.最后将数值模拟结果与模型试验结果进行了对比.数值模拟结果表明,受叶轮旋转影响,虹吸出水流道上升段存在偏流现象;改变驼峰段断面尺寸对上、下游流态影响显著;下降段极易产生脱流和漩涡,改善下降段的不良流态可以显著降低出水流道的水力损失.对3种虹吸出水流道评价指标进行比较,指出了用轴向流速分布均匀度来评判虹吸出水流道的不足.模型试验结果表明,数值模拟与模型试验的外特性结果吻合较好,验证了数值模拟的可靠性;设计的带有虹吸式出水流道的立式泵装置最高效率为78.85%.研究结果可以为同类泵装置设计提供参考.     

低冲击能量液滴与球面碰撞沉积特性的数值研究

将水平集方法与浸没边界法相结合,发展了一个在固定欧拉网格系统中的直接数值模拟方法,对韦伯数在5～100、雷诺数在10～150以内的低冲击能量液滴正向撞击球面的过程进行了三维直接数值模拟,重点研究了液滴的冲击速度与球面曲率半径对液滴沉积行为的影响.模拟结果表明,在低冲击能量下,正向冲击液滴在球面上呈现出铺展、回缩、再铺展、再回缩,直至沉积在球面上的特征.在沉积过程中,液滴的铺展速率与铺展面积随着撞击速度的增大而增大,液滴的铺展面积随着球面曲率半径的增大而减小.液滴在沉积过程的首次回缩阶段,出现中心局部破裂现象.为了定量研究该现象,建立了局部破裂与韦伯数以及球面曲率半径之间的关系图谱.