Engineered-airlift pumps for aquaculture applications using multiphase flow analysis

Currently, very few aquaculture operations are employing airlift pump technology for water recirculation, aeration, and waste removal. This is likely due to the poor design and lower efficiency of traditional airlift design, the limited amount of research effort that has been invested in improving performance capabilities of air lift pumps and the general lack of awareness of the industry about the inherent advantages of airlift systems. A new efficient airlift pump is hydrodynamically designed by incorporating the Volume of Fluid (VOF) multi-phase model along with the K-ε turbulence model utilizing Computational Fluid Dynamics (CFD) tools. The pump is designed to offer a substantial reduction in total energy usage as well as an improved quality of the culture products in order to make it attractive to aquaculture industry. In this study, both numerical and experimental investigations were carried out for airlift systems operating under two different submergence ratios of 50% and 90% in a lab setting using 2.54 cm diameter pumps. Also, the performance of a large-scale pumps of 10.16 cm diameters were also tested in an aquaculture raceway to determine its effect on the operation. The numerical results were found to be in agreement with the experiments within ±20% which is considered very reasonable for multiphase flow analysis. The present study was found to present a great tool for modelling the airlift pump performance, and potentially proposing new designs.     

中隔墩长度对斜式轴伸泵装置出水流道水力特性的影响

为研究大型低扬程泵站斜式出水流道水力特性,采用数值模拟方法对某斜20°轴伸泵装置三维湍流流场进行了数值计算,发现斜式出水流道内存在严重的偏流问题,基于4种计算方案的数值模拟结果分析了偏流的成因,在研究了中隔墩长度对斜式出水流道流态和水头损失影响的基础上提出了解决偏流的措施,并得到模型试验的验证。研究结果表明:顺水流方向看,中隔墩长度为14 m时的斜式出水流道内的主流明显偏于左侧,在流道右侧下部存在较大范围的旋涡区;导叶体出口具有较大周向速度分量的水流呈螺旋状进入"S"形弯曲的斜式出水流道,两者相互作用导致斜式出水流道产生偏流;随着中隔墩长度的增加,斜式出水流道左右孔的偏流系数逐渐减小、流道水头损失呈先减小再增大趋势,当中隔墩加长至23.35m时出水流道左右两侧的出流流量达到基本相等;采用长中隔墩斜式出水流道的泵装置模型试验最优工况点效率达到80.56%,泵装置模型试验结果与数值模拟结果一致,取得了预期的纠偏效果,得到有关工程设计院的认可,并应用于工程实际。     

隔板长度对紧凑型高速磁力泵水力特性及叶轮径向力的影响

为探究蜗壳内隔板长度对紧凑型高速磁力泵外特性与叶轮径向力的影响,根据蜗壳型式及隔板长度的不同提出6种蜗壳方案.设单蜗壳为方案一,其余双蜗壳方案根据隔板长度从小到大依次设为方案二至方案六.采用ANSYS-CFX软件对不同工况下(0.8Q_d,1.0Q_d,1.2Q_d)各蜗壳方案泵内流场进行数值模拟,得到不同蜗壳方案的泵中心面静压分布云图,并进行径向力分析.采用方案四蜗壳作为泵实型样机进行试验,将试验值与计算结果进行对比.研究结果表明:相较于无隔板的单蜗壳泵,采用有隔板的双蜗壳泵有利于平衡叶轮径向力,在额定流量下单蜗壳在x,y方向的径向力最大分量分别为151.2,149.7 N,是双蜗壳方案四的1.5倍;随着隔板长度的增大,泵的扬程与效率均逐渐提高,叶轮径向力不断减小,3种工况下扬程的模拟值与试验值偏差均小于3.0%;试验表明数值计算结果具有可信性,研究结果可为紧凑型高速磁力泵在提高水力性能以及平衡叶轮径向力方面提供一定参考.     

基于VOF模型的高温熔盐泵上端密封泄漏分析

为研究熔盐泵上端间隙密封的运行性能,基于SST k-ω湍流模型和VOF模型对熔盐泵上端密封结构性能进行计算,对不同扬程和不同介质条件下的泄漏量、扬程损失以及溢液腔内气液交界面形态进行分析.讨论扬程和介质条件对上端密封性能的影响,总结了关键变量和上端密封性能之间的相关关系.结果显示:泵扬程的增大会使泄漏量增加,如果扬程过大,黏性会对泄漏量产生显著影响;在相同扬程条件下,4种介质在间隙密封进出口的扬程损失差异均很小;间隙扬程损失随着泵扬程的增大而增加,3种泵扬程条件下间隙扬程损失都稍小于泵扬程;在溢液腔中,轴壁面高速旋转会使液体形成不规则的气液交界面和空腔;泵扬程的增大会抬高气液交界面的最高位置,使排液口内充液更多;在清水介质条件下,对该上端密封在不同扬程和流量的泵中下进行测试,在最高压力工况下熔盐泵仍保持稳定运行,未出现严重泄漏.     

不同叶顶间隙下斜流泵内部 流动特性的数值模拟

为研究轮缘叶顶间隙对斜流泵性能和流动不稳定特性的影响,基于SST k-ω湍流模型对某斜流泵选取了0, 0.25, 1.00, 2.00 mm 4种尺寸的叶顶间隙进行数值计算,分析间隙区域内压差分布、泄漏量、叶顶泄漏涡旋强度以及进口轴面速度分布.结果表明:不同运行工况下,斜流泵泄漏量从叶轮进口到叶轮出口先增大后减小,其与间隙区内压差变化趋势相吻合.叶顶泄漏量随着间隙尺寸的增大而增大,导致泵的能量损失增大.经对比发现,间隙尺寸是影响叶顶泄漏量的主要因素.小流量工况下,随着叶顶间隙尺寸的增大,叶顶泄漏流与主流卷吸作用形成的泄漏涡强度逐渐增强.部分泄漏流进入相邻叶片通道,导致其流动失稳.随着叶顶间隙的增大,斜流泵能量损失明显增多,且内流不稳定性明显加剧.增大流量后,不同间隙下叶顶泄漏涡旋转强度均逐渐降低.     

荔枝果肉热泵干燥及其储藏特性研究

为了探讨荔枝果肉热泵干燥特性及储藏过程中一些品质指标的变化规律，将去皮去核后的果肉进行热泵干燥，测定其干燥特性及储藏过程中色泽、褐变度、总酸、糖组分、质构及微生物指标的变化。结果表明：荔枝果肉在60 ℃下热泵干燥2 h，干燥速度升至最大值后进入降速干燥阶段，干燥过程中，亮度L*值变化不大，a*值和b*值显著增大；干燥18~20 h，样品的水分含量达25%左右、颜色呈金黄色；不同水分含量的荔枝果肉干在储藏过程中，L*值、a*值和b*值下降，果肉发生褐变，总酸含量呈上升趋势，果糖、葡萄糖和蔗糖呈减少趋势；水分含量35%的样品储藏180 d褐变明显；荔枝果干的硬度和咀嚼性在储藏后期明显增大，黏着性变化不显著。采用热泵干燥荔枝果肉，25%水分含量的样品品质和储藏性较佳。     

定量泵负载敏感系统卸荷压力冲击抑制研究

定量泵负载敏感系统在快速卸荷时容易出现压力冲击现象,对系统的可靠性和寿命产生较大危害。三通压力补偿阀是定量泵负载敏感系统中关键的调压元件,本文以三通压力补偿阀为切入点,建立定量泵负载敏感系统功率键合图模型,基于键合图模型推导系统的状态方程,建立Matlab动态仿真模型,探讨系统卸荷压力冲击的抑制方案。基于系统仿真模型,首先对系统卸荷压力冲击的仿真与试验进行对比,验证了仿真模型的正确性;然后,针对三通压力补偿阀的系统压力腔阻尼、阀芯直径、Ls腔阻尼、阀口锥角等关键参数,对卸荷压力冲击影响规律进行仿真;最后,基于关键参数对卸荷压力冲击影响规律的分析,提出了一种"小阀芯、双阀口"型三通压力补偿阀结构优化方案,并对其卸压冲击抑制效果进行了仿真和试验。结果表明,该方案可以有效抑制卸荷压力冲击,优化后系统卸压冲击压差比原系统降低了89%,卸荷压力降低了20%,进一步实现了节能。     

高效节能水锤泵技术研究进展

为了厘清水锤泵的技术发展动态和目前的技术应用现状,文中回顾了水锤泵技术发展历史,并简要介绍了水锤泵的基本结构,在此基础上,阐述了水锤泵的效率计算方法,并对水锤泵的理论设计方法发展进行了梳理.随后对水锤泵的国内外研发现状进行了大致概括,提出了中国水锤泵发展受限的根本原因,并指出简化制造和装配工艺、发展大型化水锤泵制造技术以及研发轻型化和分体式水锤泵是未来发展的重点.接着总结出水锤泵系统参数和结构参数是影响水锤泵的主要因素.最后对国内外水锤泵的实际应用现状进行了对比分析,提出发展应用水锤泵应在考虑泄水阀和输水阀动态启闭过程的水锤泵运行全过程理论模型的基础上发展适用于不同群体或目标的水锤泵制造技术.研究成果对扩大水锤泵的应用范围,提升中国水锤泵的制造技术提供了一定的参考.     

基于主成分分析的吸鱼泵对鱼类损伤评价方法

采用主成分分析法建立吸鱼泵的损伤综合评价方法,为吸鱼泵的研究与改进提供装备技术参数。使用真空吸鱼泵对鲫鱼进行吸捕试验,获取鱼体损伤数据。通过测定体表损伤面积比率、24 h存活率、红细胞数量、白细胞数量、超氧化物歧化酶(SOD)活力、谷丙转氨酶(ALT)活力、肌酐(Cr)含量等多个关键指标值,采用主成分分析法进行相关性分析,建立损伤综合评价模型。结果显示：采用主成分分析法提取出3个主成分的累积贡献率达到78.232%,可反映出鱼体损伤的大部分情况;损伤评价综合评价模型：F=0.285X₁+0.111X₂+0.316X₃+0.366X₄-0.118X₅+0.234X₆,真空吸鱼泵对鱼的体表和内脏无显著损伤情况,综合得分-0.102,与对照组接近,表明真空吸鱼泵对鱼的损伤影响很小。研究表明,SOD活力、白细胞数和体表损伤面积比率是对损伤评价影响较大的数据指标,采用主成分分析法建立的综合损伤评价模型可以作为评价鱼损伤情况的一种可行方法,为吸鱼泵的改进研究提供了有力参考。