深海扬矿泵内部非定常流体径向力研究

基于深海扬矿泵是深海采矿系统的关键设备,泵内部流动较复杂,无法用公式对流体径向力进行理论计算等,采用试验和数值模拟方法对其作用规律以及产生机理进行研究。首先,对泵内流场进行定常数值计算。然后,进行非定常数值计算,得到泵内压力和径向力的时域和频域图。研究结果表明:在对泵内流场进行定常数值计算时,发现扬程、功率和效率的模拟值与试验值较吻合,从而验证了数值模拟方法的可行性;叶轮和导叶的动静干涉是泵内产生压力脉动和不平衡径向力的重要原因;泵内压力和径向力均呈周期性脉动;叶轮内的压力脉动周期和主频与导叶的叶片数相关,导叶内的压力脉动周期和主频与叶轮叶片数相关,而两者的径向力脉动周期和主频则均与叶轮叶片数相关。     

不同攻角下水轮机导叶流道湍流特性研究

采用κ-ε湍流模型对不同导叶攻角下的导叶流道进行三维数值模拟,采用SIMPLEC算法实现速度、压力变量的分离求解。计算结果表明,导叶压力面的压力系数随着攻角增大而明显增大,而吸力面的压力系数随着攻角增大而明显减小。随着攻角增大,导叶边界层提前分离,形成脱落涡,导叶的升力明显增加。在导叶出水边的尾迹涡,其湍动能很大,随着流动进入转轮流道,引起水轮机水力振动。     

深海水力集矿球形颗粒受力特性试验研究

深海采矿一般采用水力集矿方式将海床表层的矿石颗粒采集到集矿机内,圆球矿石颗粒在集矿流场中的受力特性研究是集矿系统的设计基础.通过在实验室设计并搭建水力集矿试验系统,研究不同集矿头离底高度与矿粒直径比(h/d)、集矿头与矿粒底部端点之间的偏转角度(θ)、不同集矿头拖曳速度(v_t)对球形矿粒在集矿流场中的垂向受力系数(C_(vs))及径向受力系数(C_(rs))的影响.研究结果表明:C_(vs)随h/d的增加呈显著的指数关系减小;垂向力预测公式预报的矿粒垂向受力误差小于10%;当θ=20°时,C_(vs)达到快速衰减转折点;C_(vs)和C_(rs)的最大值随着v_t的增加有增大的趋势,且当θ=35°或θ=40°时,C_(rs)达到最大值.研究结果可为深海采矿水力集矿系统的设计及矿粒精准开采的实施提供一定的参考依据.     

深海采矿高扬程粗颗粒多级输送电泵研究

针对扬矿电泵高扬程、粗颗粒过流及轴向流等问题,以深海采矿多级输送电泵整体设计为研究对象,通过对比国内外优秀的深海采矿泵模型,提出高扬程粗颗粒多级输送电泵的设计方法,并进行四级扬矿电泵设计。分析并计算多级输送电泵所受的外载荷、轴向力和螺栓承受的拉力,利用有限元分析软件对泵体的强度和刚度进行计算,最后对两级扬矿电泵的工作特性进行实验研究。研究结果表明:当设计流量为432 m3/h时,两级电泵的扬程为82 m;当结核浆体体积分数为0~10%时,泵的功率-流量曲线变化平缓,泵的颗粒过流能力强,泵的各部件均满足强度和刚度的要求,验证了多级输送电泵设计方法的有效性。     

旋流泵中颗粒运动方程的探讨

实验发现旋流泵叶轮在无叶腔的位置对泵特性影响较大,为了确定旋流泵中叶轮的最佳安放位置,分析颗粒在泵中的运动轨迹是必要的.将两相流运动受力分析的知识运用到常见的颗粒在旋流泵受力分析中,并将旋流泵中具体颗粒的大小、密度等数据代入到各个受力的表达式中进行量级比较,在忽略小量的前提下推导出颗粒的运动方程.提出对颗粒通过位移与时间的关系将其时间差分转换为空间差分和流体采用耦合求解的数值方法,从而为最终数值求解大颗粒在旋流泵中的运动轨迹建立合适的数学模型.     

不同导叶高度的旋流器运动时的水力特性研究

为了丰富动边界螺旋流理论,采用理论分析与模型试验相结合的研究方法,对不同导叶高度的旋流器在运动时产生的螺旋流水力特性进行了研究。研究结果表明,测试断面的压强与旋流器上的导叶高度呈正相关,旋流器对后断面水流特性的影响要大于前断面;测试断面下游水流的轴向速度随旋流器上导叶高度的增加而呈现先增大后减小的趋势,径向流速随旋流器上导叶高度的增加而逐渐减小,而周向流速随旋流器上导叶高度的增加呈现先减小后增大的趋势;旋流器上导叶的存在使得管壁附近的轴向流速变大,近壁区的径向流速为负而管道中心的径向流速为正。当旋流器上的导叶高度为15 mm时,测试断面水流的轴向流速最大,周向流速和径向流速变化均最小且其流速分布都较均匀,因此得出导叶高度为15 mm的旋流器的水力性能最优。     

粗颗粒土颗粒破碎影响因素试验研究

通过室内粗颗粒土的大型三轴和单轴试验,对粗颗粒土的颗粒破碎特性进行了研究,并分析了粗颗粒土母岩性质、级配、围压及应力状态对颗粒破碎的影响.结果表明:粗颗粒土的母岩强度或细颗粒含量越高,或粗颗粒土的浑圆度越好,颗粒破碎率越小;随着围压和应力的增大,粗颗粒土的颗粒破碎率也呈增大趋势.     

新型双向平蜗壳流道泵装置特性试验研究

提出了一种适用于灌排结合低扬程大中型轴流泵站的新型双向平蜗壳流道,并结合魏村泵站模型试验对双向平蜗壳道泵装置特性进行了试验研究,得出泵装置综合性能曲线,结果表明：流道流态平顺,泵装置运行稳定,效率较高,该成果不仅为魏村泵站设计和施工提供了必要的依据。对今后同类泵站流道的选型设计也有一定参考价值。     

杂质泵叶轮中固体颗粒运动规律的实验

利用高速摄影对杂质泵离心叶轮内固体颗粒的运动规律进行了试验研究。试 验中采用多种方案进行了比较，分析得出：颗粒的密度和粒径越大，颗粒运动会越趋于 叶片工作面。试验数据的统计结果为叶轮叶片设计参数的选择提供了基础。     

明槽水流中颗粒运动特性的试验研究

将改进的PTV用于测量明槽水流中的颗粒运动,对三种粒径(d=0．55mm、0．95mm和1．55mm)的塑料沙进行试验,得到了大量的颗粒运动轨迹,并对颗粒的运动学特性进行了分析．研究结果表明,颗粒运动轨迹可分为上升、下降和平移三种基本类型,颗粒以不同类型运动时其纵向、垂向的运动速度以及颗粒的受力情况均明显不同,特别是在近底区．按颗粒运动的三种类型给出了一些典型轨迹,并得出了颗粒纵向平均运动速度分布以及按三种运动类型进行条件平均的纵向、垂向平均速度分布等研究成果．     

双向贯流泵导叶设置与原动机布置的研究

根据双向贯流泵具有在正、反向工作时效率都不能太低，而导叶布置的位置，导叶进、出口安放角和叶栅稠密度等因素对泵出流流态变化产生影响，进而影响到泵的效率的提高这样一些特点，通过单、双向贯流泵性能试验的对比分析，得出了“S”形双向惯流泵设置后导叶能显著提高泵的效率以及原动机布置在进水侧较为有利的结论。     

粗颗粒土静力压实特性的试验研究

研究粗颗粒土的压实特性随级配和含水率的变化规律,对工程实践具有重要的指导意义.以大石峡土石坝的筑坝料为研究对象,借助分形级配方程,分别进行了不同级配粗颗粒土的相对密度试验和不同级配不同含水率粗颗粒土的静力压实试验,研究了级配和含水率对试验土料压实特性的影响规律.结果表明,当含水率达到最佳时,粗颗粒土达到最大干密度,超过最佳含水率时反而不利于粗颗粒土的压实;由静力作用得到的干密度和动力作用得到的最大干密度随分形维数的增加呈现相同的变化趋势,均在分形维数为2.62时出现极值点,对应的级配为最优级配.将最优分形维数取为2.60,并通过一些工程堆石料的级配曲线验证了其合理性.研究结论可为填方工程中填筑料的加水量控制和级配设计提供可靠的理论依据.     

轴流泵后导叶几何参数的试验研究

本文根据笔者对轴流泵所做的模型效率试验和流场量测结果,分析探讨了轴流泵后导叶各主要几何参数(诸如后导叶叶栅稠密度、叶片进口角和轴向间距等)与水泵水力效率的关系。结果表明,轴流泵的比转速越高,后导叶最佳叶栅稠密度越小,叶片进口角应越大;适当减小叶轮和导叶间的轴向间距,有助于提高泵的效率。文中提供的实测结果及得出的结论可供设计时参考。     

贯流式水轮机取消活动导叶的试验研究

低水头水电站机组的造价占电站总投资的比重很大,尤其是贯流式机组,如何简化机组的结构对节约投资是很明显的.我们设想将贯流式水轮机的活动导叶改为固定导叶,依靠转轮叶片调节流量进行了水力性能的试验研究,获得了较好的效果,並对不同类型导叶出口边流场分布进行了测试工作、为今后的导叶设计提供了参考依据.     

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.     

旋转导叶风机的理论分析与试验研究

本文应用叶轮机械叶片绕流控制的气动理论与边界层理论提出的旋转导叶风机,使设置在工作轮叶片表面上的附加导叶给边界层内气流增添了动量,改善了沿叶面的流速分布,从而避免了在临界与超临界工况下的边界层分离.对比试验研究表明,和不带导叶的同一台风机相比,这种旋转导叶风机在效率、噪声与工况范围等气动性能方面均有改善.内部流场可视化试验表明,设置于叶尖的导叶明显减少了叶尖间隙的反向流动与二次涡流,使出口流场更为均匀.     

膏体料浆管道输送中粗骨料颗粒运动规律分析

为分析粗骨料膏体料浆在管道输送时因剪切诱导作用而使粗骨料颗粒产生的相对运动,以全尾砂膏体料浆能够限制尾砂颗粒的沉降运动为出发点,将全尾砂膏体料浆视为伪匀质悬浮液,将不具有流变活性的粗骨料颗粒视为被承载固体。依据粗骨料膏体管道输送时的流速分布特性,构建具有剪切流动区与非剪切流动区的复合流动模型。通过宏观颗粒模型MPM研究粗骨料颗粒的运动规律,分析粗骨料颗粒在X轴、Y轴和Z轴方向上的位移与线速度。研究结果表明:粗骨料颗粒在剪切流动区域内存在较明显的径向偏移与轴向差速运动,粗骨料颗粒在剪切流动区域内发生相对运动的主要原因为径向的流速梯度引起颗粒的自旋转。通过数值计算结果与理论分析的对比,说明复合流动模型描述粗骨料颗粒运动的可行性以及相对运动原因的可信性。     

含沙水流中水轮机导叶的设计研究

依奇点分布法和前人分析实验得到的含沙水流中固体颗粒的受力分析结果,利用相对阻塞和相对抽吸的观点对含沙水流中水轮机导叶进行设计。经模型试验表明,与传统方法设计的导叶相比,用本文提出的方法设计的导叶在含沙水流中运行时,水力效率高,耐磨蚀。     

旋涡流化床颗粒运动和扬析机理试验研究

对新近开发的旋涡流化床悬浮空间气固两相流动和颗粒扬析进行了理论分析和试验研究,阐明了旋涡流化床特有的颗粒悬浮层的运动规律,得到了颗粒质量流率的分布特点,首次提出旋涡流化床扬析的机理,并对扬析过程进行了系统的研究,获得了使夹带和扬析速率最小时的最佳空气动力条件和二次风喷射角,在冷态试验装置上证实了旋涡流化床较强的颗粒分离作用,研究结果对旋涡流化床锅炉的放大设计和运行有重要参考价值。