均匀坡下变径管道的定型设计

为确保均匀坡下多孔变径管道的压力均衡，本文从分析等比降点存在条件入手，揭示了各变管段的管径和变径点位置与管坡，出水孔流量之间的内在联系，提出简便易行的解析方法，设计效果令人满意，压力偏差低，均匀度高，便于定型设计。     

特征点定位法设计变径管道

把微灌多孔管道设计成压力均衡的变径管道，已是众人所望。但至今尚无较好的设计方法可循，设计的任意性和盲目性很大。本文通过分析多孔管道在变径条件下的基本水力特征，寻求并制定了均匀坡度下变径管道的水力设计模型和设计方法。同时对复杂地形的管坡线进行概化，并提出相应的设计策略。     

特征点定位法设计变径管道

把微灌多孔管道设计成压力均衡的变径管道，已是众人所望。但至今尚无较好的设计方法可循，垢任意怀和盲目性很。本文通过分析多孔管道在变径条件下的基本不力特征，寻求制定了均匀坡度下径管道的水力设计模型和设计方法。同时对复杂地形的管坡线进行概化，并提出相应的设计策略。     

等水头损失法设计变径管道

等水头损失法设计变径管道王金如（河北省水科所）管道变径是长期困挠人们进行水力设计的一个突出难题。问题在于各管段管径及其长度会有多种组合，设计难度大。早些时候，澳大利亚人以最大允许压力偏差为约束条件，将水头线和地形坡降线绘制成图，采用多元图解法分配各变...     

管道机器人自适应变径设计

为了研究黄土致灾机理特此研发孔洞机器人作为协同探测系统的运载平台,但针对黄土孔洞这种特殊的管道,对黄土孔径变化的自适应是实现机器人自适应行走的重要组成部分,该管道机器人采用丝杠螺母式变径机构,笔者提出了一种基于压力反馈式闭环控制的自适应变径控制方案,采用STM32周期性控制步进电机的运动状态,带动变径连杆产生角位移以实现管道机器人的变径功能。     

多孔管的变径设计

要保证孔口压力差不超过允许范围条件下，一条多孔管可由两种管径不同的管段组成，即采用变径法设计。本文考虑了影响多孔管沿程压力的因素，导出了各种地形坡度下变径设计计算公式。这一方法可供喷灌及微灌工程设计参考。     

微灌变径支管优化设计方法研究

1变径支管的设计方法简介（6）变径支管的设计一般包括两方面的内容，一是由允许水头损失计算它的组合比例系数，二是计算经济组合方式和经济组合比例参数。前者是水力学计算的问题，后者属于管网优化设计的一部分。组合比例系数是指变径管中不同管径的管段长度占总长度的比例，常用α、β、γ…表示，比如两级变径管，组合比例参数为α和β，其长度关系式为：L＝αL（1）L2＝β（2）式中L1——变径管第一段的长度，m；L2——变径管第二段的长度，m；L——管道的总长度，m；α、β——变径管的组合比例系数。考虑到施工和购买设备的方便…     

海上风机变径单桩基础竖向承载特性及变径参数影响研究

为适应施工与承载能力要求，海上风机单桩基础常采用桩身变径措施，变径段可能会对桩基竖向承载特性产生影响。采用有限元分析软件ABAQUS建立变径桩数值模型，开展变径单桩竖向承载性能的数值模拟研究，并分析其尺寸参数对竖向承载能力的影响。计算结果表明：与通长桩相比，变径特性基本不影响其桩身轴力分布；随着竖向荷载增加，两类桩各承载分量占比首先保持不变，随后外侧摩阻力占比下降，内侧摩阻力和桩端阻力占比增加；增大变径桩底部桩径能有效提高桩基竖向承载力，且提高外侧摩阻力承载占比；增大变径段上部长度和变径段长度对桩基竖向极限承载力无明显影响，但会导致外侧摩阻力占比降低和内侧摩阻力占比提高。     

可变径管道机器人结构及控制系统设计

分析管道运输在当今社会生活中的重要性,提出了一种轮式可变径管道机器人机械结构和控制系统总体方案,能够适应机器人对120～220 mm管径变化的需求.设计了管道机器人驱动装置和自适应调节机构,同时设计了管道机器人的控制系统.该控制系统上采用了上、下位机控制方式,下位机以Arduino单片机为中央控制器,上位机使用LabV...     

基于加速遗传算法的多孔变径管优化设计

将基于实数编码的加速遗传算法（RAGA）应用于多孔变径管优化设计中，解决了设计中多维参数寻优问题，避免了传统方法早熟、提前收敛以及易陷入局部最优等弊端。在固定管道式喷灌系统优化设计中应用，求解出多孔变径管的最优管径、管长等多维参数，效果较好，为该方面研究提供了一种新的优化求解方法。     

基于载荷分布的潜水轴流泵叶轮与导叶水力设计

对潜水轴流泵进行三维反问题设计,以水力效率为设计目标,提出叶轮、导叶适合的载荷分布形式。通过正交试验设计、单因素分析和数值模拟的方法研究载荷参数对潜水轴流泵内外特性的影响,得到水力效率较优的载荷分布形式:叶轮叶片为前载型,导叶叶片为轮毂中载、轮缘前载型。具体的载荷参数取值范围:对于叶轮,斜率取值范围为-1~0,前载点取值范围为0.25~0.45,后载点取值范围为0.55~0.75;对于导叶,轮毂斜率在0附近取值,轮缘斜率取值范围为0~0.75,轮毂前载点取值范围为0.25~0.45,轮缘前载点在0.25附近取值,轮毂后载点取值范围为0.55~0.75。叶轮设计中发现:前载型叶片对原泵叶根尾缘的二次流有改善作用。导叶设计中发现:由于潜水轴流泵导叶的扩散式结构特点,导叶近壁面易出现分离涡,轮毂中载、轮缘前载型叶片能够有效地抑制导叶近壁面的涡分离。     

双吸离心泵叶轮交替加载设计方法

双吸离心泵内部的压力脉动是影响机组运行稳定性的关键因素之一。为了减轻压力脉动,分析了引起双吸离心泵压力脉动的主要原因,研究了不同类型的叶片载荷曲线对双吸离心泵流态的影响,建立了叶片加载方式、叶片出口倾角和叶轮交错角与泵内二次流及压力脉动的关系,提出了能够抑制二次流、降低压力脉动的叶轮交替加载设计方法。在新的设计方法中,叶片载荷曲线具有盖板前加载、轮毂后加载的混合加载模式。基于该方法所生成的双吸叶轮具有轮毂两侧交错布置、叶片出口边正向倾斜、盖板和轮毂包角差小的特点。通过在一大型引黄灌溉泵站的试验表明,该方法可将双吸离心泵压力脉动主频的幅值降低到原来的1/5左右,同时还可改善泵的最优效率和高效区。该方法为大功率双吸离心泵的优化设计和更新改造提供了一种新的技术途径。     

不同正导叶几何参数下多级泵作透平功率-流量曲线研究

为适应过程工业中生产调节对液力透平性能的影响,要求多级泵作透平的输出功率随流量的变化较小,即输出功率-流量曲线较平坦。基于欧拉方程,根据速度矩守恒,推导得到导叶式透平输出功率与几何参数的关系式。利用数学求导,判断出导叶几何参数对输出功率曲线平坦性的影响规律。以两级径向导叶离心泵作透平为研究对象,改变正导叶几何参数设计研究方案,通过Fluent软件数值计算并进行试验验证。研究结果表明：数值计算结果与理论推导相符,适当增大正导叶的喉部面积、出口安放角、叶片数或适当减小正导叶基圆直径都可以使输出功率曲线变平坦;设计工况点正导叶几何参数对功率曲线斜率(平坦性)影响由大到小为喉部面积、出口安放角、叶片数、基圆直径,斜率依次减小0.17、0.11、0.05、0.03;适当增大喉部面积可以使透平效率提升1.65个百分点,高效点向大流量偏移。     

大型箱涵式泵装置优化设计与试验

为了研究箱涵式泵装置进、出水流道的水力性能,采用了基于CFD数值模拟计算和模型试验的DOE正交设计试验方法。对进、出水流道进行三维参数化建模,以进水流道出口断面速度均匀度和水力损失为目标函数,针对进水喇叭管、导水锥和出水喇叭管、出水导流墩控制尺寸进行五因素四水平的正交试验设计。通过CFD数值模拟手段,针对设计流量工况点,分别对进水流道和出水流道各16个设计方案进行数值模拟计算,分析不同控制尺寸对进、出水流道水力性能的影响。最后通过模型试验对优化方案数值计算结果进行可靠性验证。数值模拟和试验结果表明,通过DOE正交设计方法进行进水流道优化设计,可以得到各控制参数对进水流道水力损失和出口断面均匀度的主次影响,进水流道最大水力损失达到8.56 cm,最小水力损失为3.91 cm,优化方案水力损失为3.65 cm,出口速度均匀度达到93.07%,较初始方案水力损失降低了1.31 cm,出口速度均匀度提高了1.17个百分点;出水流道最大水力损失为46.07 cm,最优组合出水流道水力损失为32.53 cm,较原始方案水力损失减小了7.96 cm。根据泵装置全特性曲线可知,该泵装置出水流道水力损失在设计工况下最小,最高运行效率达到70.04%,最高运行扬程为4.0 m,在设计扬程1.36 m时,效率为66.82%,对应流量为34.31 m3/s。模型试验最高运行效率达到71.5%,在设计扬程1.36 m时,试验运行效率在64%左右,与数值模拟结果吻合较好。     

离心泵流场流固耦合数值模拟

离心泵叶轮在流场中受到的应力及产生的变形对速度场和压力场有一定的影响。采用双向同步求解方法对离心泵流场和叶轮结构响应进行联合求解,分析叶轮流固耦合作用对其内部流场的影响。对不同工况进行的计算结果表明,叶轮和叶片中应力分布明显不均,局部出现应力集中;叶轮出口后盖板在偏离设计工况时变形较大,影响叶轮出口速度,使蜗壳出现分流的部位向出口移动;导致叶轮出口压力不对称状态、不稳定性更严重;各监测点上压力变化较明显。     

大型泵站虹吸式出水流道优化水力设计

采用三维紊流数值模拟的方法,揭示了大型泵站虹吸式出水流道内的三维流动形态;提出通过建立虹吸式出水流道几何模型并借助三维紊流数值模拟的方法,逐一改变流道几何尺寸、观察流态变化、逐步优化流道型线,以最终实现虹吸式出水流道的优化水力设计;通过专门设计的模型试验,验证了虹吸式出水流道优化水力设计的效果。     

不确定性参数对水体纳污能力的影响分析

水体的水文条件、污染物降解系数、水质浓度、排污口概化方式等是影响纳污能力的参数。论文分析了各参数的不确定性特征,从理论上阐述了它们的影响机理,并通过实例定量分析了排污口概化方式、水文条件、降解系数、水质浓度等对纳污能力的影响。结果表明,在设计流量一定的情况下：采用均匀概化和中断面集中概化两种方式计算的纳污能力较为接近;采用集中概化方式进行计算时,纳污能力随概化点源到末断面距离的增加呈指数增长。目标水质浓度、初始水质浓度、降解系数和设计流速对纳污能力影响程度依次减弱。     

液力透平几何参数对压头-流量曲线的影响

为了适应化工过程工业中生产调节对透平性能的影响,要求液力透平的压头随流量的变化较小,即压头-流量曲线比较平坦。在液力透平蜗壳内速度矩守恒的前提下,推导得出了透平理论压头和流量及透平几何参数的关系式,通过分析得到影响其曲线平坦度的几何参数为:蜗壳包角、叶轮出口安放角、叶轮出口边参数和叶片数。选取一台低比转数泵反转作透平为研究对象,改变蜗壳包角、叶轮出口安放角、叶轮出口边参数和叶片数等几何参数,确定了13种研究方案,利用ANSYS-Fluent软件对13种方案进行数值模拟和试验。结果表明:在一定范围内减小蜗壳包角,增大叶轮出口安放角,压头-流量曲线变得平坦;存在最佳叶轮出口边位置和最佳叶片数,可使透平压头-流量曲线更加平坦;蜗壳包角对压头-流量曲线斜率的影响显著。     

长短叶片结构对凝水泵出口压力脉动特性的影响

为探究不同长短叶片结构下凝水泵出口管道内的压力脉动特征,深化对泵系统内非定常流动机理的理解,在定常数值模拟的基础上,采用非定常数值模拟方法对泵及出口管内的流动进行模拟与分析,研究不同工况下泵出口管内的压力脉动与监测点位置和流量之间的关系,对各叶片结构对应的压力脉动的频域特征和能量特性进行对比研究.研究结果表明:5长5短叶片结构对应的凝水泵外特性优于3长3短叶片结构的;各监测点在4个流量工况下的主频保持为叶频f_BPF及其倍频.3长3短叶片结构较5长5短叶片结构泵出口压力脉动更明显,变化更复杂;泵出口法兰监测点处的压力脉动强度较高,沿流动方向,自监测点P₁至P₃,压力脉动逐渐衰减;对于3长3短叶片结构,在1.4Q_d流量工况下,泵出口管内呈现多频率激发的压力脉动特征,非稳态流动激励加剧.     

基于RBF神经网络和NSGA-Ⅱ算法的海水淡化高压泵多工况优化设计

为提高透平式能量回收一体机的水力性能,采用RBF神经网络、NSGA-Ⅱ遗传算法和数值模拟集成的设计方法,对高压泵进行多工况优化设计.以高压泵三工况点的加权平均效率为优化目标,设计工况点下的扬程为约束条件,结合Plackett-Burman筛选试验,将进口安放角、出口安放角、叶片出口宽度及叶片包角作为优化变量,采用最优拉丁超立方设计试验空间,基于Isight多学科优化平台,通过编写批处理命令集成CFturbo,ICEM,CFX等,搭建智能水力优化平台,实现高压泵的CFD自动预报.基于数值模拟结果,利用RBF神经网络建立目标函数与几何参数之间的非线性关系,并运用NSGA-Ⅱ算法对该模型寻优.研究结果表明:RBF神经网络模型能够准确预测高压泵效率以及扬程与设计变量之间的关系;优化后高压泵与初始方案相比,3个工况点加权平均效率提高了3.38%,在0.8Q_d,1.0Q_d和1.2Q_d工况下效率分别提高了2.21%,3.59%和4.23%;优化后叶轮在设计工况点附近轴功率略有减小;对比优化前后叶轮的流场分布,优化后的叶轮进口低速区减小,内部速度梯度分布更加均匀,流场得到明显改善,能量耗散减小.研究结果可为高压泵多工况水力优化设计提供一定理论依据.