心衰脉动过程两级轴流血泵溶血数值模拟

为了理解血泵脉动运行时流动对血液造成的损伤,建立了血泵和心血管循环系统多尺度模型.多尺度模型将零维尺度的心血管循环集中参数模型和三维尺度的轴流血泵内部流动分布式参数模型相结合.以两级轴流血泵为例,用Matlab仿真得到一个心动周期中两级轴流血泵的动态进出口压差和流量变化.其次,根据血泵内血流动力特性,将动态工况分段划分,并以这些流量作为准静态工况进行溶血程度计算.最后,将一个心动周期中准静态工况的溶血程度做时间加权平均,得到平均溶血程度值.结果表明,在一个心动周期中,由于血泵本身惯性的影响,使瞬态进出口压差-流量特性曲线呈一闭合的环状.同时,溶血程度大小在一个心动周期的变化规律和流量变化趋势相反,和进出口压差变化趋势相同.综上所述,多尺度模型的计算方法可以预估血泵在心衰脉动运行时的平均溶血程度.     

基于正弦转速调制的离心旋转血泵温度场分析

为研究转速调制引起的血泵内部流场温度变化是否会导致血液损伤,应用计算流体动力学方法对旋转血泵运行时的全流道流动过程进行数值模拟.计算中采用动态压力拟合公式作为进出口边界条件,选择在换热领域精确度更高的SST湍流模型.计算叶轮分别在匀转速状态和正弦调制转速状态下不同时刻的温度分布、温度升高到39～43℃时的潜在高温风险区域以及大于43℃时的极端高温风险区域在血泵中的位置分布和各区域的体积大小,同时结合血泵结构对比分析其内部的动态温升变化情况.研究结果表明：血泵流场在正弦调制转速时的温升高于匀转速状态下的流场,并产生高温风险区域;温升与血泵的叶轮结构密切相关,高温集中在靠近下泵壳的叶轮前缘和内侧;2种转速工况对血泵进出口处的血液温度影响均在2℃的安全浮动范围内,不会对血泵外部的血液造成损伤.     

升主动脉内球囊反搏术仿真

为了探究在升主动脉耦合球囊反搏泵并在其后加瓣膜的方法对心衰的辅助效果,根据电液比拟,在周身血液循环系统模型的基础上搭建升主动脉耦合球囊反搏泵模型和在球囊反搏泵后加瓣膜模型,根据等效电路图,建立数学方程.用Matlab完成数值模拟,探究2种方法对心衰的辅助效果,发现心衰状态下2种模型均能提高主动脉舒张期压力,减少左心室射血阻力、心室做功, 增加每搏输出量和射血分数.结果表明:2种模型对心衰均有辅助效果.对2种方法进行对比分析后发现,在球囊后放置人工瓣膜能防止外周血液在球囊放气时反流,并增强主动脉的抽吸作用,降低了主动脉窦压力,进一步减小了左心室射血阻力和心室做功,表明升主动脉耦合球囊后加瓣膜模型对心衰的辅助效果更好.     

主动减震系统摆线泵卸荷槽的流场特性

针对传统摆线泵转速恒定且转速低,应用于主动减震液压悬架系统宽转速运行工况时,存在压力脉动大、容积效率低的问题,从摆线泵配流副结构参数的角度,研究宽转速工况下配流副齿形圆卸荷槽对其流场特性的影响.通过建立不同结构形式的齿形圆卸荷槽配流副三维模型,研究不同齿形圆卸荷槽在变负载及变转速工况条件下的压力脉动及容积效率.研究结果表明:负载条件一致时,高转速工况下齿形圆卸荷槽可提高摆线泵容积效率、降低输出压力脉动,同时增大摆线泵入口压力能够有效提高其容积效率;当转速为5 000 r/min时,无卸荷槽的容积效率为91.8%,全齿形圆卸荷槽摆线泵的容积效率为92.3%;全齿形圆卸荷槽摆线泵输出压力脉动小于无齿形圆卸荷槽摆线泵压力脉动,2种结构对应的摆线泵在宽转速范围内的压力脉动最大差值为0.71%;恒转速时,负载压力越大,摆线泵容积效率越小,压力脉动值越小.     

转速对核主泵空化特性的影响

为研究转速对核主泵空化性能及进口流态的影响,应用理论分析、数值计算和试验研究的方法,对AP1000核主泵进行不同转速下的数值模拟和空化试验,得到3种频率30,40,50 Hz下不同流量(0.7Q_d,1.0Q_d,1.3Q_d)时的空化特性,并对叶轮进口截面静压分布与泵流动性能的影响关系进行分析.结果表明:转速对小流量工况下泵的空化性能影响较大;随着转速的降低,小流量工况下,空化性能曲线趋势变化比大流量工况下明显;在不同转速的额定流量下,转速较大时,模型核主泵在装置临界空化余量(NPSHC)减小时更容易接近临界空化状态;在转速较小时,临界空化余量(NPSHC)较小,且一旦发生空化,其扬程曲线斜度下降也相对平缓;在额定转速下,模型泵在大流量时更容易接近临界空化状态;随着转速和流量的减小,更容易造成模型泵在开始试验阶段进口处产生回流,扰乱进口的流场,从而造成局部空化严重.     

二、原有水池的修正

在泵进水池中的涡流对泵和进水结构是有害的,这一点已为大家确认。一个很小的力就会形成涡流同样为众所周知。这种现象在新设计进水池时可能避免。但对问题已经明显的或需扩大的进水池予以修正是必要     

余热排出泵不同启动过程的内部流动特性

为研究余热排出泵不同启动过程的内部流动演化过程,采用基于Flowmaster与CFD的联合仿真方法对余热排出泵3种启动过程内部瞬态流场进行了数值模拟,分析了不同启动过程泵内压力、速度分布规律以及叶轮和导叶流道内的旋涡演变过程.基于Matlab-Simulink建立电动机启动模型,通过仿真后得到电动机启动过程转速随时间变化规律,结果表明:电动机经过5.5 s后,达到额定转速;在Flowmaster中建立余热排出泵启动过程仿真模型,得到不同启动过程中的流量变化规律;分析不同启动过程余热排出泵内部流场,由于交替启动过程是在高温高压的工况下运行,泵内压力梯度要明显大于最小流量管线启动过程,而双泵运行状态时蜗壳内的压力分布基本保持不变;分析不同启动过程余热排出泵内部速度分布及旋涡演化规律,3种启动方式都经历了旋涡的产生、分离、消失3个不同阶段,双泵运行状态下旋涡消失要早于最小流量管线启动和交替启动过程,在t=5.5 s时流道内流动已相对均匀,直至稳定运行状态,由此反映了启动过程中流体的惯性作用明显影响着流场的发展;对比3种启动过程下扬程曲线,双泵运行状态时扬程最小,扬程随叶轮旋转达到最大值,并出现一个瞬时冲击扬程,双泵运行状态时冲击现象最为明显.     

磁力联轴器涡流损失的数值计算与试验

为研究转速、隔离套材料以及转角差对磁力联轴器涡流损失的影响规律,对圆筒型磁力联轴器进行稳态磁场数值计算.计算结果表明:涡流损失随转速的提高成倍增长,转速为3 000 r/min时的涡流损失值约为500 r/min时的24倍;材料电导率不同,所制成的隔离套涡流损失也不同,钛板TP340电导率为304SS的1.65倍,其涡流损失为后者的1.61倍;在1个磁极周期内,转角差增大1°,涡流损失值约增大1%.对该磁转子进行试验测试,结果表明:在转速分别为3 000,500 r/min条件下,304SS隔离套的涡流损失之比是23.0,而TP340隔离套的涡流损失之比为24.6;涡流损失随耦合长度减小而减小,且在高速下减小更多,耦合长度每减小10 mm,转速500 r/min时涡流损失值约下降3.6%,转速3 000 r/min时涡流损失值约下降10%.对比数值计算与试验结果,其能量损失变化趋势较一致.     

恒流泵的原理与选用

随着我国液压工业的发展，越来越多的行走机械转向系统实现了液压助力转向或全液压转向。恒流泵作为一种能提供恒定流量的液压动力源，被广泛地用在汽车、拖拉机、装载机、压路机等各种行走机械的转向系统。但流泵由基泵（齿轮泵或者叶片泵）与恒流阀组合而成，其主要参数有基泵的排量和恒流阀的流量等。一、恒流泵的结构、原理恒流泵（图1）由基泵1（齿轮泵）和恒派阀2两部分组成。图1恒流泵1．齿轮泵2.值流阀3．K口当基泵工作时，通过K口（图1中3）向但流阀（图2）供油，该油流的流量为：式中Qb——基泵输出流量，L／min。n——基泵转速…     

旋转轴唇形油封泵汲效应

基于旋转轴唇形油封的微观和宏观泵汲原理,应用流体动力学一维雷诺方程及油膜厚度表达式,假设唇口接触压力分布近似为三角形推导出泵汲率方程,计算分析了安装相关参数(接触宽度、抱轴力)、结构参数(油侧唇角、空气侧唇角)及运行参数(转速)等对泵汲率和密封性能的影响.结果表明,优化前和优化后2种油封模型的泵汲率均大于0,满足密封要求.抱轴力一定时,接触宽度增加,泵汲率增加;接触宽度不变时,随抱轴力的增加,油封唇口摩擦扭矩增大,泵汲率逐渐变小,但变化幅度不大.空气侧唇角不变时,随着油侧唇角增加,2种油封的泵汲率均显著增加;油侧唇角一定时,空气侧唇角增加,泵汲率逐渐减小.随着转速增大,唇口动压效应增强,泵汲率随之增大.2种油封相比较,优化后油封明显具有更好的泵汲效应和密封性能.     

轴流泵多工况变速调节的内部流场模拟

为了研究变速调节下轴流泵的性能和内部流场特性,基于 ANSYS CFX 软件,采用ｋ－ε模型对模型泵多个工况点进行了三维湍流数值计算,计算得到了轴流泵的性能曲线和叶片表面的速度、压力分布。基于数值计算结果对轴流式模型泵性能和叶轮内部流场分析,结果表明：随着转速的增加,扬程曲线升高。效率曲线则随转速的降低而左移。在偏离设计工况的小流量区域,通过变速调节可以扩大轴流泵的高效工作区。     

水机电共同作用的离心泵内部非定常流动分析

为得到准确的离心泵非定常负载转矩,以型号为IS65-50-160-00的离心泵和Y160M-2 B3的三相异步电动机为研究对象,首先采用Fluent和Matlab对模型离心泵和电动机进行联合仿真.基于TCP/IP通信协议设计了C++源程序作为软件通信的接口程序,建立了双向同步耦合仿真平台,实现了离心泵内部流动非定常求解过程中的转速和转矩数据传输.研究结果表明:定转速计算时,在设计工况下,扬程计算相对误差为8.66%,效率计算相对误差为5.24%;变转速计算时,在设计工况下,扬程计算相对误差为2.45%,效率计算相对误差为2.47%;采用联合仿真方法进行数值模拟,考虑了电动机对泵运行的影响以及转速变化的实际情况,比传统方法更加准确地预测出离心泵的外特性,数值计算结果可靠.Fluent/Matlab联合仿真技术为今后深入研究离心泵内部流动非定常特性提供新方法.     

考虑定常能量损失因子的柱塞泵效率特性建模

针对轴向柱塞泵效率特性模型难以保证全工况下模型预测精度的问题,提出利用定常能量损失因子对现有的轴向柱塞泵总效率计算模型进行优化.首先,利用能量守恒定律对轴向柱塞泵的能量损失构成进行了研究,分析了轴向柱塞泵总效率计算模型误差产生的原因;其次,建立了全工况下轴向柱塞泵效率特性模型,并验证了其有效性;最后,对变排量工况下轴向...     

离心式消防泵内流特性

为了研究离心式消防泵外特性、内流特性及空化特性,基于RNG k-ε湍流模型对某一比转数为24.7的离心式消防泵不同工况下的内部非定常流动进行数值模拟.结果表明:在关死点工况下,离心泵消防泵叶轮内部产生大量的失速旋涡,尤其在叶轮出口位置出现面积较大且极高湍动能的涡核分布,严重影响流道的通流能力,且造成较大的能量损失;随着流量增大,流道内的旋涡逐渐消失,流场趋于稳定,涡核分布基本保持稳定且对称;随着流量持续增大,离心式消防泵轴向力逐渐增大,在极小流量和极大流量工况下的轴向力波动相对较强;随着流量增大,径向力逐渐降低,且不同工况下径向力的矢量分布均呈现六齿形分布;随着流量的增大,离心式消防泵扬程特性曲线受空化的影响更加明显,随扬程曲线开始下降时的NPSHR也逐渐增大,但下降速度相对较慢.     

Computational fluid dynamics of left ventricular assist device under unsteady flow

Left ventricular assist device (LVAD) in this study is a mechanical tool that is used to support blood flow in the patient with heart disease. It supports left ventricle by building up the pressure to the pump outlet connected to the aorta. This pump was designed based on the magnetic driven centrifugal pump with a unique small washout hole constructed inside the impeller to generate the washout flow passage to prevent the stagnation at the region underneath and around the rotor. Computational fluid dynamics (CFD) was adopted in this study to assess the performance and optimize the design to avoid recirculation and high shear stress which is the main cause of stagnation and blood damage. Transient simulation was used for this study due to the asymmetric design of the washout hole and the complication of the bottom support of the impeller that have a risk of thrombosis, also, it was used to predict the variation of hydraulic performance caused by the rotation of the impeller and pulsed flow at the pump inlet. The simulation results show no excessive stress and no recirculation observed within the computational domain; in addition, the research result also provided information for further optimization and development to the pump.     

轴流泵装置模型断电飞逸过程三维湍流数值模拟

针对轴流泵装置模型断电飞逸过程特点,对应叶轮区所采用的冻结叶轮的变速旋转坐标系方法与基于任意拉格朗日-欧拉方法（ALE）的变速滑移网格法,构建基于三维非定常RANS方程与Spalart-Allmaras湍流模型的数值模拟方法,采用有限体积法对控制方程组进行离散,时间项采用一阶向后差分隐式格式,方程组中扩散项采用二阶中心差分格式,对流项采用二阶迎风格式,应用SIMPLEC方法进行速度压力耦合求解,采用初始工况的定常计算结果作为非定常计算的初始流场.经过轴流泵装置模型断电飞逸过程的数值模拟,获得了机组到达最大转速时所需时间为20.35 s,以及两种数值方法所得最大飞逸转速分别为1 610,1 989 r/min,装置模型稳态飞逸试验转速1 720 r/min,介于两者之间,同时揭示了机组转速、流量、转矩与测点压力等参数随时间变化规律与装置模型流道子午截面流速场、叶轮叶片压力场的瞬变过程,从而为机组结构优化设计和运行管理提供科学的参考依据.     

双心室心脏泵内部流动非定常数值模拟

为了研究某新型离心式双心室人工心脏泵内部血液流动特性,采用CFD技术对泵设计工况下的内部流场进行数值模拟分析,获得了该心脏泵内部速度、湍流动能和切应力分布规律,同时得到了泵进口流量、作用在不同过流部件的轴向力和径向力变化情况,并对蜗壳处的压力脉动进行分析.研究结果表明:该型双心室心脏泵内部流场没有出现明显的流动死水区,满足心脏泵的抗血栓要求;泵内压力和切应力分布规律相似,整体分布均匀,满足抗溶血性能的要求;由于心脏泵的整体设计为对称结构,很好地平衡了左右叶轮的轴向力;较小的泵整体结构的径向力和转矩有利于心脏泵抵御瞬态的径向负荷;左右两泵蜗壳处的压力脉动呈现明显的正弦周期性变化规律,均含有6个波峰和6个波谷,且各监测点处压力脉动的主频为叶片通过频率,这是由于叶轮和蜗壳的动静干涉作用.     

轴流泵马鞍区水力性能与压力脉动测试与分析

为了分析轴流泵在马鞍区工况的运行特性,对一轴流泵不同工况下的外特性和压力脉动进行了测试,重点分析了轴流泵马鞍区水力特性和压力脉动特性.试验结果表明:模型泵H-Q曲线在0.50Q_d~0.60Q_d内表现出明显的马鞍形,且扬程在马鞍区内0.55Q_d工况时达到最小值,较0.60Q_d工况扬程降低0.33 m,为设计工况下扬程的5.5%;叶轮进口和泵出口处压力脉动具有较为明显的周期性,单个周期内压力脉动表现出明显的4波峰4波谷特征;0.55Q_d工况时,叶轮进口处压力脉动峰峰值为设计工况的2.3倍;各工况下导叶中间和出口处压力脉动规律较为复杂;叶轮进口压力脉动主频为叶片通过频率,0.55Q_d工况叶频处的幅值最大,高于设计工况27.6%.小流量工况下,导叶中间、导叶出口处压力脉动在频域内出现较多低频信号,压力脉动频率成分较复杂.泵出口压力脉动主频在1.00Q_d工况下明显表现为叶频.研究成果可为轴流泵不稳定运行特性的优化提供参考.     

叶轮倾斜出口对长轴消防泵内流特性的影响

以XB4.3/240-300LC型立式长轴消防泵为研究对象,在保证叶片包角、进出口安放角、叶轮出口宽度、叶轮出口中间位置到叶轮进口轴向距离以及到旋转轴的径向距离、出口过流断面面积、叶片进口边与前盖板流线交点的径向坐标值均不变的条件下,通过改变叶轮出口倾斜角度设计多种叶轮方案,采用SST湍流模型,对不同方案进行数值模拟和内部流场分析,以寻求泵水力性能最优的叶轮出口倾斜角度.研究结果表明:改变叶轮出口倾斜角度,泵扬程和效率在小流量工况下提升幅度较小,而在大流量工况下,提升幅度相对较大;当叶轮倾斜角度为15°时,泵扬程和效率出现峰值,继续增大倾斜角度,两者反而下降,则倾斜角度为15°视为最优叶轮出口倾斜角度,此时泵扬程和效率相对原始方案分别提高5.95%和1.19%;叶轮出口处绝对速度圆周分量和径向分量在大流量工况下分布有较好的一致性,叶轮出口倾斜角度对其影响较小,而在小流量工况下,各方案的绝对速度分量在流道内分布规律较差;叶轮倾斜出口对环形空间及空间导叶内部湍动能分布有较大影响.