基于熵产的旋流泵流动损失特性分析

为揭示旋流泵运行过程中的能量损失特性,通过数值模拟的方法分别对60%,100%和120%设计流量工况下旋流泵的内部流场进行分析和研究,同时基于熵产理论对旋流泵各个过流部件的流动损失进行定量分析.结果表明:旋流泵在运行过程中总熵产先减小后增大,其中能量损失最大的区域是无叶腔和后腔部分,约占总熵产的70%以上.叶轮区域的熵产随着流量增加逐渐增大,设计流量、大流量工况下叶轮区域的熵产占总熵产的比例超过20%.进口延长段区域的熵产随流量增加逐渐减小,设计流量、大流量工况下熵产占比低于1%.流场分析显示,在小流量工况下,蜗壳隔舌前端和进口流道有明显的大尺度涡团和回流.设计流量、大流量工况下流动不稳定区域主要集中在叶轮区域,该区域涡核几乎充满所有流道,且有大量旋涡产生造成流道阻塞和回流.研究结果能够为旋流泵的优化设计提供一定的参考.     

水轮机模式多级液力透平同径正反导叶水力性能研究

针对按泵工况设计的多级泵式间导叶用于液力透平装置时不能满足转轮对水流环量要求的问题,结合水轮机设计理论和CFD数值仿真研究了泵式同径正反导叶关键结构参数对液力透平装置的水头损失、效率和工作水头等影响程度。结果表明：适当增大反导叶叶片进口边直径,隔板边缘倒圆角,级间导叶进口处内外壁倒圆角均能够减小级间导叶水头损失、提高液力透平工作效率;导叶线型及数量对其出口水流速度环量影响较大;增大包角或增多叶片数量可增强导叶对水流强迫作用,提高出口水流环量,但增加导叶水头损失。可为用于液力透平的同径正反导叶的设计提供参考。     

离心泵作透平多工况内流与能量转换特性

为揭示不同流量下离心泵作透平的能量转换特性,基于1台比转数为90的单级悬臂式离心泵,在透平工况下对其进行数值模拟,并结合试验验证了数值模拟的准确性.结果表明:叶轮是透平内水力损失的主要部件,叶轮内水力损失占比随流量的增大呈现出先减小后增大的变化趋势.设计工况(Q=80m³/h)下,蜗壳、叶轮、腔体的水力损失占比分别为33.0%,35.1%,22.3%.通过对内流场中的流线分布和叶片进口速度三角形进行分析,揭示了不同工况下透平内流特性与水力损失之间的关系.设计工况下叶轮内流动均匀,无明显旋涡存在,在小流量工况下叶轮进口端面存在回流现象,旋涡出现在大流量工况叶片的吸力面.最后,采用拟涡能系数从能量的角度分析了不同工况内部流动的损失情况,进一步揭示了透平的能量转换机理.研究结果可为离心泵作透平的高效设计及实际现场运行调控提供参考.     

混流泵内部流动不稳定特性的数值模拟

为了研究小流量工况下混流泵内存在的不稳定流动特性,基于大涡模拟亚格子尺度模型与滑移网格技术, 对包括进口管和出口弯管的混流泵全流场进行三维非定常湍流计算．外特性试验结果表明,在60％～85％最优工况范围内,扬程-流量特性曲线呈正斜率特性．数值模拟结果与试验结果误差控制在4％内,表明大涡模拟可以准确预估混流泵存在的扬程-流量正斜率不稳定特性．在此基础上,分析了混流泵产生正斜率不稳定特性的内流机理．分析结果表明,在小流量工况下叶轮入口切向速度呈明显的非对称性,叶轮与导叶流道内液流的失速效应使叶轮叶片表面和导叶叶片入口轮毂侧存在大尺度的旋涡结构．导叶流道内旋涡尺度较大,压力脉动沿导叶轴向呈明显的周期性波动,使旋涡区域从吸力面侧逐渐扩展到导叶流道,旋涡结构的涡核附着在压力脉动最小值的导叶吸力面中间叶高区,且涡核旋向与叶轮旋向相同．     

多级离心泵内部级间影响及压力脉动特征

为了研究多级离心泵内级间相互影响及流道内的瞬时流动特征,对一两级泵内部流动进行了三维定常与非定常数值计算,获得并分析了不同流量工况条件下流道内各个监测点的压力脉动特征.研究表明:首级导叶的存在是导致次级叶轮入口截面上不均匀流动状态的关键因素;在每级叶轮的出口与导叶进口联结处均存在剧烈的动静耦合作用;尽管整体流道的几何形状复杂,叶片通过频率仍支配着该两级泵内全流道的特征压力脉动,而导叶叶片数对压力脉动特征的影响较弱;叶轮内与叶频对应的压力脉动幅值自叶轮进口到叶轮出口逐渐增大,且在叶轮出口处达到极大值,导叶中的相应变化规律则与之相反;偏离最优流量工况,叶频仍占据统治地位,但整个流道内的压力脉动幅值增大,该趋势在小流量工况下尤为明显.     

导叶时序效应对液力透平性能影响的研究

液力透平的能量回收特性及压力脉动特性直接影响到装置是否能够高效、稳定运行。为了提高液力透平的运行稳定性,探究多级透平导叶与环形蜗壳进口的相对位置(时序效应)对其外特性和压力脉动的影响,建立了导叶在一个栅距内4种不同时序位置的透平模型,为了简化计算模型,取多级液力透平的首级叶轮进行数值模拟计算,对比分析了不同方案下该透平的能量回收特性及压力脉动特性。结果表明:当透平导叶A叶片的时序位置θ为110°时,透平在额定流量时的能量回收效率最高;当导叶A叶片的时序位置θ为90°时,透平蜗壳和导叶内的压力脉动能量幅值最大,导叶A叶片的时序位置θ为110°时,透平的压力脉动幅值最小;因此,透平蜗壳进口周向中心面位于两片导叶的中间位置以获得更好的外特性,并使得其内部压力脉动幅值更小。     

不同流量工况下斜流泵内部流场PIV试验

为了探索斜流泵的内部流动特性并优化斜流泵设计,基于粒子图像测速技术(PIV)对斜流泵内部流场进行测量,分析了不同相位叶轮截面处的流线和速度分布以及小流量工况下的涡量分布。研究结果表明,在小流量工况下,由于受到叶片压力面旋涡流动和吸力面脱流的影响,叶轮内部的流动呈现径向运动趋势,且流动紊乱;随着流量增大,叶轮流场流线逐渐向轴向方向移动并沿着轮毂轮廓线流动,在大流量工况下叶片压力面附近靠近端壁处形成明显的旋涡结构。0.6倍流量工况下,当叶轮进口进入拍摄断面时,在叶轮内部形成一个顺时针旋转的负涡;当叶轮出口进入拍摄断面时,在导叶进口外缘出现正向涡量集中区域,且随着叶轮的转动该区域向导叶进口方向移动;当叶片出口远离拍摄断面时,在导叶进口处出现负涡量区,揭示了斜流泵叶轮和导叶动静相干过程中能量损失的内在原因。     

长短叶片对液力透平性能的影响

为了研究长短叶片对液力透平性能的影响,制作了液力透平样机,搭建了开式液力透平实验台,对有、无长短叶片的叶轮分别进行了数值和实验研究。研究结果表明,长短叶片的增加可以提高液力透平的效率,增加最高效率点的流量,降低液力透平的扬程。内部流场分析表明,长短叶片的增加,可以改善叶轮内部流场分布,减小叶轮内部漩涡的区域和强度,改善液力透平内部流动规律。对液力透平内部功率损失分布分析表明,液力透平内部的功率损失主要集中在叶轮内部,长短叶片的增加,改善了叶轮内部流动,减小了叶轮内部的功率损失。叶片数的增加加剧了叶轮和蜗壳之间的相互作用,因此蜗壳内部的功率损失有所增加。     

前弯型叶片液力透平的数值计算

为研究具有前弯型叶片液力透平的性能,设计了3种不同比转数具有前弯型叶片液力透平.采用全流场和结构化网格技术对液力透平内部流动进行数值计算,分析了具有前弯型叶片液力透平在不同流量下的外特性、压力场和速度场,得到了液力透平叶轮和尾水管内部流场随流量变化规律.研究结果表明:透平内部压力场从蜗壳进口经叶轮到尾水管出口压力逐渐减小,随流量的增大,液力透平的进出口压差逐渐增大;在前弯型叶片工作面存在旋涡区域,旋涡位置和区域大小随着流量的变化而变化;在尾水管横截面上存在随流量而变化的圆周速度分量;叶轮内部的水力损失是前弯型叶片液力透平内部的主要的水力损失,在3种液力透平中都占总水力损失的60%以上,并随比转数增大而逐渐增大.因此,前弯型叶片液力透平的优化设计应主要集中在叶轮研究.     

离心泵内部不稳定流动的PIV测试

以一台比转数为74的离心泵为研究对象,首先通过外特性试验发现当流量约低于18 m3/h后,泵的扬程随流量变化非常小,然后采用PIV技术探索了该扬程曲线下叶轮流道内不稳定流动涡的发生、发展规律。试验结果表明:不稳定流动在0.6QBEP工况开始产生,直到0.4QBEP工况得到发展,最后在0.1QBEP时几乎扩展到整个叶轮流道;叶轮旋转过程中,靠近蜗壳隔舌处的叶轮流道内流动最不稳定,也是最先出现分离涡的流道;随着流量的降低,附着于叶片工作面的分离涡逐渐增多、汇聚,不断发展的漩涡向流道出口移动的同时,也偏向于流道中心。     

全贯流泵在停机过渡过程中的水力特性研究

通过ANSYS Fluent软件对全贯流泵装置的停机过渡过程进行研究，主要探讨了停机过程中外特性和内流场，研究发现：全贯流泵的制动工况占整个停机过程的比值最小，飞逸转速约为设计转速的84%,飞逸流量为设计流量的1.17倍。间隙回流在停机过程中的流向始终从叶轮出口流向叶轮进口，且其流量整体呈现逐渐减小的趋势。在停机过程中，轴向力整体呈现下降的趋势；转子径向力整体呈现先减小后增大的趋势；叶轮进、出口的压力脉动先减小后增大，在制动工况达到最大值后，在水轮机工况迅速减小，直至进入飞逸工况趋于稳定。叶轮进口的压力脉动幅值是泵装置内最大的，约为叶轮出口的2倍。由于受到间隙回流的影响，在叶轮进口靠近轮缘区域存在一个小型旋涡，该旋涡的范围在水泵工况先减小，在制动工况突然增大，最后在水轮机工况和飞逸工况再次减小。叶轮进口旋涡的位置受到主流流向的影响逐渐向进口导叶方向转移。全贯流泵装置内部的熵产主要集中在以叶轮为首的下游域。随着停机过程的发展，泵装置内的高熵产区域逐渐向进口导叶的方向转移，高熵产区域的范围先减小后增大。全贯流泵泵段内高熵产率区域的位置和范围与旋涡出现的位置和尺寸相对应，这表明旋涡与脱流等不...     

水泵水轮机流场脉动与熵产率的关系

为了研究水泵水轮机不同工况下的运行稳定性,采用FLUENT软件对模型水泵水轮机转轮和无叶区的流态、熵产率分布、压力脉动进行了数值模拟,并将数值模拟结果与试验进行了对比.结果表明:数值计算的压力脉动数据与试验值吻合较好,旋涡引起的速度梯度和压力梯度剧烈变化是水泵水轮机内部高能量损失的根本原因.相较于设计工况,小流量工况时转轮叶片吸力面水流的流动分离和旋转失速会导致此处熵产率较高,叶片吸力面压力脉动主频和第2主频幅值最大;大流量工况时动静干涉作用占主导,无叶区的熵产率最大,相应的无叶区压力脉动主频幅值也最大.可见各工况下主流区熵产率和压力脉动具有强相关性,熵产率大的区域,压力脉动也较大.     

深海采矿混输泵内流场及粗颗粒运动特性

为了解决由于颗粒粒径大、流体相互作用复杂导致的混输泵内两相流动研究困难的问题,针对10 mm颗粒粒径的混输泵流动,使用标准k-ω模型,构建相同体积浓度、不同颗粒粒径的流动模型来研究粒径对于泵外特性的影响,并探究不同粒径颗粒在泵内的分布情况.同时,还结合熵产理论,研究不同流量下混输泵内的能量损失及泵内过流部件的局部熵产情况.结果表明,混输泵叶轮流道内,颗粒在叶轮入口处发生低速堆积现象,颗粒速度随径向距离增大而增大.另一方面,在两极之间,第2级叶轮入口颗粒堆积现象减弱.随着粒径减小,颗粒在叶轮流道内加速度增大,出口处小粒径颗粒速度较大,且小粒径颗粒贴叶片运动现象比较明显.对比熵产,两极之间第2级熵产损失明显较大,造成2级外特性差异.同时,对比熵产分布发现,第2级叶轮和导叶内的局部熵产生率较大.研究结果对深海采矿水力提升装置中粗颗粒混输泵内流动的研究具有一定的参考价值.     

以设计为主体的工程总承包中设计

通过分析工程总承包在我国的发展状况及从事工程总承包企业的类型，提出以设计为主体的工程总承包在我国的发展优势，指出设计阶段在这种工程总承包方式下的重要性。根据选取原则确定设计风险评价指标，针对以设计为主体的工程总承包设计阶段风险决策行评价，运用熵权多目标风险评价方法，引入信息熵，构建一个有效的分析框架和熵权多目标决策模型，该模型在系统考虑了风险决策各个方案的客观因素的同时，结合了决策专家的主观因素。通过对实施以设计为主体的工程总承包的某建筑工程项目设计风险决策的实例分析，证实了该风险评价方法的有效性和实用性。采用这种方法的决策评价结果可以为设计企业工程总承包进行设计阶段风险决策提供依据。     

多尺度Hilbert谱熵在故障诊断中的应用

基于局域波分析的时频多分辨特性，提出了多尺度Hilbert谱熵的概念，并给出了多尺度Hilbert谱熵的计算方法。将其应用到往复式压缩机的故障诊断中，比较了时频熵与多尺度Hilbert熵在实际应用中的效果，证实了多尺度Hilbert谱熵能更准确地反映机组的状态。     

基于农用地分等理论的耕地生产潜力研究

科学与合理的耕地生产潜力研究,能够为粮食增产规划及粮食安全战略提供基础信息。在农用地分等的理论基础上,分析了耕地生产潜力的内涵,并将其划分为3个层次。运用SPSS统计分析软件及AHP法估算了江津区各镇街耕地3个层次生产潜力,并预测了将来能够实现的生产潜力。结果表明:江津区耕地3个层次生产潜力及总实现生产潜力分布有明显区域差异,理论生产潜力主要分布在南部中山及北部低山地区,可实现生产潜力主要分布于中部长江沿岸,现实生产潜力主要分布在北部、东南部和西南部;耕地的3个层次的生产潜力中,可实现生产潜力所占比重高达73.5%。研究认为,应根据各层次生产潜力分布的特点及原因采用相应的增产措施,同时特别重视可实现生产潜力的实现;根据耕地总实现生产潜力的评价结果来划定粮食增产的重点镇街,加大投资改造力度。     

基于最大熵原理的复杂曲面位姿配准技术

三维测量数据和自由曲面设计模型之间的位姿精确配准是实现复杂曲面加工和检测的关键。为实现快速精确配准,提出一种基于最大熵原理的方法。首先基于加工定位和质量检测配准问题的分析,建立问题的统一模型。然后研究模型的有效求解问题,利用最大熵原理把配准问题转化为一个以熵函数为摄动项的摄动问题,解决极大极小配准模型目标函数的不可微性,为提高配准问题求解效率提供可能。最后通过对两类典型配准问题进行实验,证明了所提方法的有效性和实用性。     

The life cycle impacts of feed for modern grow-finish Northern Great Plains US swine production

A life cycle assessment (LCA) model was developed to analyze the environmental impacts per head of swine for typical feed rations of Northern Great Plains (NGP) US grow-finish swine production. The all-inclusive ‘field to gate’ approach incorporated steps ranging from corn and soybean production to shipping the market weight pig to a slaughtering facility. Feed production scenarios included: (1) a standard feed diet of 72% corn and 28% soymeal using 100% synthetic fertilizer; (2) standard feed diet using 40% manure as fertilizer; (3) modified feed diet using dry distillers gains with solubles (DDGS), with 100% DDGS allocation towards ethanol production; and (4) modified feed diet with 50% DDGS allocation towards ethanol production. For the standard NGP feed diet, enteric emissions and feed production were the two largest contributors towards climate change impacts, while feed production further resulted in significant contributions towards human health damage (44.6%), ecosystem diversity (67.4%), and resource availability (75.0%). DDGS incorporation assuming 100% allocation reduced corn and soymeal inputs considerably, resulting in overall decrease in impacts associated with climate change (−2.7%), terrestrial acidification (−7.1%), and both marine (−14.6%) and freshwater eutrophication (−22.7%); however terrestrial ecotoxicity increased (+22.9%) due to natural gas drying. 50% DDGS allocation increased all impact categories, with the greatest change found for terrestrial ecotoxicity (48.4%). The study results highlight the significant LCA impact contributions associated with feed during grow-finish swine production, and the benefits associated with DDGS incorporation; however, LCA benefits were realized only if 100% DDGS allocation was applied towards ethanol production.     

作物水分生产函数Jensen模型中有关参数在年际间确定方法

将作物全生育期水分生产函数模型和分阶段水分生产函数模型结合起来应用，提出了作物水分生产函数Jensen模型中有关参数在年际间确定方法，并采用豫东开封惠北灌溉试验站资料进行了实例计算，结果表明，该计算方法误差小，可在非充分灌溉研究中运用。