矿用潜水电泵性能正交试验

以煤矿排水用的BQS20—40—5．5型固液两相流潜水电泵为例,选择对泵性能影响较大的3个因素叶片进口冲角、叶片出口安放角和叶片数,对3个因素分别取3个水平,采用L9（3^4）正交表,得到9种试验方案．在计算流体动力学软件Fluent中采用标准k—ε湍流模型和SIMPLE算法,对正交试验中9种方案分别进行单相清水模拟和固液两相流模拟,并对模拟结果进行极差值计算,得到因素与效率指标的直方图．结果表明,叶片出口安放角和叶片数在清水模拟和两相流模拟的最优方案中取值不同,小固体颗粒在叶轮内集中分布于叶片工作面,并沿工作面向外运动,在叶轮出口处以很小的出口角流出,部分颗粒会在叶片出口处与叶片工作面相撞,加剧叶片磨损．因此在设计固液两相流泵叶轮时,叶片出口安放角不易过大．采用两相流理论对BQS20—40—5．5型泵进行优化设计,在设计工况下,泵效率高于国家标准的规定值,叶轮磨损有较大改善,提高了泵运行寿命．     

GPS40—9F犁屏蔽泵的设计

为提高屏蔽泵的性能和缩短设计周期,在数值模拟的基础上对GPS40—9F型屏蔽泵的屏蔽电机和泵的水力元件进行了设计．利用ANSYS参数化设计语言APDL编写命令流完成磁场模拟过程,并对屏蔽电机的两个模型所计算得到的磁力线、磁流密度分布进行对比分析．对屏蔽泵的水力部件进行三维建模,运用CFX软件对多个不同工况点下的流场进行模拟,分别采用SIMPLER算法及SIMPLE算法进行迭代运算,对比分析了后处理得到的压力云图．结果表明,模型2的气隙磁通大于模型1,说明屏蔽电机设计成细长型更有利于机电能量转换．在相同模型、相同网格条件下,采用SIMPLER算法的计算效率要高于SIMPLE算法,SIMPLER算法具有更好的收敛效果,并将模拟计算结果与试验数值进行对比,验证了数值模拟计算的可行性和准确性．     

热载体与生物质半焦散体颗粒的分离特性研究

在以固体热载体加热实现生物质快速升温热解液化工艺中,热载体与热解半焦颗粒的分离极为重要。为了研究陶瓷球热载体与生物质半焦颗粒的分离过程,设计制作了V型下降管冷态实验装置,并利用粒子图像测速仪对不同质量比(30:1,40:1,50:1,60:1)、圆形出口和方形出口条件下的颗粒分离规律进行了实验研究。研究表明,该装置能够保证热载体和生物质半焦颗粒喂料流畅、稳定且均匀,能够满足实验所需要的两种颗粒的不同混合质量比的要求;陶瓷球对生物质半焦颗粒的携带作用明显,受生物质半焦颗粒影响水平流动速度、轨迹的高度和射程减少50%左右;管口下底面与筛网的竖直高度应大于20mm,水平距离应大于32mm,筛网的水平投影长度应大于120mm,分离效果较好。     

纵轴流风筛式清选装置性能纵向分布规律的研究

利用自行研制的纵轴流风筛式清选装置试验台,对不同离心风机转速、不同离心风机出口倾角和不同曲柄转速影响下的筛下物和含杂率沿筛子纵向分布规律进行了试验研究,得到筛下物总质量、籽粒质量、杂余质量和含杂率沿筛子纵向的分布规律,对于指导生产具有重要意义。     

基于流动控制技术的低比转速离心泵叶轮研发

低比转速离心泵由于叶轮直径大,出口宽度小,流道扩散严重等原因,导致其效率偏低且很难改善.在计算流体动力学数值模拟和模型泵性能试验基础上,分析了低比转速离心泵效率与内部流动特性之间的关系,为改善泵内流动结构和提高效率提供依据.基于以控制边界层分离为目的的流动控制技术,提出了两种新型的离心泵叶片结构,研制了新的叶轮.为便于比较分析,对新叶轮在保证原模型泵叶轮直径、出口宽度和安装尺寸等主要几何参数不变的前提下进行加工制造,并分别将常规设计的叶片、分流叶片和两种新型叶片的叶轮在同一泵体内进行试验.试验结果表明：分流叶片提高了泵在大流量区域的效率但不能拓宽流量范围,引流叶片使水泵在更大流量范围内运行,并且在整个流量范围内都显著地提高了泵效率.流动控制技术成功地改善了低比转速离心泵内部流动结构并提高了泵性能.     

搅拌罐内纸浆悬浮液内部流动数值模拟

对搅拌罐内纸浆悬浮液的两相流场进行研究,分析搅拌罐内液相流场的流动规律.应用计算流体动力学软件Fluent对搅拌罐内纸浆悬浮液的混合进行数值模拟,采用非结构化四面体网格,利用多重参考系法,选用标准k-ε湍流模型和SIMPLE算法,分别模拟了搅拌器5种不同安装高度下的搅拌流场,并分析了搅拌器的速度流线分布、搅拌器叶片表面的压力分布规律、搅拌罐内固体体积分数的分布和搅拌功率.模拟结果表明：搅拌器形成一个较大的搅拌流场,主体循环较好,由固体体积分数分布图和漩涡所在平面固体体积的分布规律明确了倒锥体区域和漩涡区的位置.由搅拌器的功率系数对搅拌器的性能进行判定,根据此判定依据可知,所设计的搅拌器性能优良,研究结果对搅拌器的优化设计具有一定的参考价值.     

孔板流量计瞬时孔流系数的数值预测

为了研究孔板流量计在测量流量快速变化时的特性,以孔板流量计瞬时孔流系数C为研究对象,采用计算流体动力学（CFD）方法,基于Realizable分离涡模拟（DES）描述瞬时湍流流动,模拟研究了流量直线加速过程瞬时C和内流场随时间的演变结果.为了对比分析,将加速过程离散为不同流量下的稳态点,采用Realizable k-ε模拟各个稳态点的孔流系数和流场结构.稳态孔流系数C0的模拟结果与ISO试验回归曲线相比,误差在3%以内.将加速过程和稳态假设下模拟的孔流系数结果进行对比,结果表明：加速过程瞬时C从0逐渐增加至稳定值,而稳态C0基本保持在0.6附近.进一步将孔流系数与内流场和压力场分布的演化结合起来分析,得出以下结论：加速流动的漩涡滞后于稳定状态,加速前期压能没有在短距离内全部转换为动能,是导致C与C0产生偏差的内流原因.研究内容可为瞬时流量的测量提供参考基础.     

高阶椭圆锥齿轮泵的流量特性

针对齿轮泵的变量功能及非圆锥齿轮的应用,提出了一种新型相交轴变量齿轮泵——高阶椭圆锥齿轮泵.该齿轮泵是以高阶椭圆锥齿轮为工作转子的非圆锥齿轮泵.根据齿轮的空间啮合原理,给出了其工作转子高阶椭圆锥齿轮副的齿形生成方法.基于该种齿轮特殊的运动学特性,分析了高阶椭圆锥齿轮泵的传动特性,并对其工作结构进行了设计.依据球面微分理论,推导出了高阶椭圆锥齿轮泵的平均理论流量公式、瞬时流量公式以及流量脉动公式,同时分析了高阶椭圆锥齿轮的偏心率、阶数等参数对其流量特性的影响.在同等参数模型及工况条件下,将对高阶椭圆锥齿轮泵的平均理论流量、瞬时流量及其变量范围与圆柱齿轮泵和非圆柱齿轮泵的流量特性进行了对比分析,获得了该锥齿轮泵在同等条件下排量最大、变量范围最大的特点.     

泵站前池非连续挑流消能防沙技术措施

通过前池水力过流情况分析和改造前现场试验,发现前池流态紊乱导致了田山一级泵站机组的剧烈振动和颤振.提出了由非连续底坎、非连续挑流墩和两道压水板组成的非连续挑流消能防沙技术措施,并对改造后泵站的运行情况进行了现场试验.试验结果表明,采用技术措施改造后,前池、进水池流态和水泵进水条件得到了显著的改善,池中断面流速分布趋于均匀且断面紊动能量明显降低;测试机组单泵流量平均提高了0.14 m3/s,水泵效率平均提高了4.99%,泵站装置效率平均提高了3.88%;消除了泵体颤振,使水泵喇叭口振动标准由4.5级烈度降低到1.8级烈度;减缓了前池和进水池泥沙淤积,使试验前池和进水池清淤时间由改造前的运行800h延长至改造后的运行1 300 h,防沙效果良好.非连续挑流消能防沙措施为多泥沙河流泵站技术改造提供了一种简单有效的方法.     

黄河沙坡头连续弯道环流运动与冲淤特性实测数据分析

利用声学多普勒流速剖面仪、回声测深仪等测量仪器,对黄河沙坡头段连续弯道中10个典型断面的流速、水深、河床高程等进行了实测.通过分析各断面流速等值线、平面流场和近几年河床高程的变化情况.结果表明,弯道断面流场的主流分布与河床底部泥沙冲淤分布基本相一致,满足弯道水流的一般规律:凹岸冲刷,凸岸淤积.