旋喷泵复合叶轮型式及性能对比

设计了两种型式的旋喷泵常用的复合叶轮,并应用CFD软件对叶轮内部流动进行了数值模拟,得到叶轮流道内压力和相对速度分布.设计时安装合适的短叶片可以减小流道的扩散程度,起到很好的分流、导流效果;通过两个模型泵的预测性能曲线对比分析表明,采用＂S＂形复合叶片,可满足旋喷泵性能的要求.但在2个＂S＂形叶片之间布置2个短叶片时,叶轮流道出现明显的旋涡,且其中一个短叶片附近有回流产生,使得水力损失增大,泵效率较低.而布置1个短叶片时泵的性能更好.     

离心泵非定常流动计算及性能预测

采用以SSTk-ω模型封闭的雷诺平均方程和滑移网格技术计算了离心泵内的非定常流场.基于非定常流动计算结果,考虑容积损失、圆盘摩擦损失和机械损失,对离心泵的性能进行了预测,并与实测性能曲线进行了比较.结果表明,在给定进口速度的条件下,由于叶轮与蜗壳隔舌的相对位置不同,泵的扬程和轴功率有比较大的脉动,且其脉动幅值随流量的增大而增大.定常流动计算和非定常流动计算所预测的性能曲线在大流量与设计工况时相差不大,在小流量时有明显的差别.与试验曲线相比,预测的扬程曲线偏低,轴功率曲线也偏低,效率曲线比较接近.由于在设计工况时定常计算和非定常计算差别不明显,在设计过程中采用定常计算是可行的.     

轴流泵模型多叶片安放角的数值计算

在同一轴流泵模型0°安放角数值计算结果的基础上,应用ANSYS CFX软件,选择标准k-ε湍流模型和可伸缩壁面函数,在不同的叶片安放角下,采用全六面体网格和经网格无关性分析的网格数,分别在定常和非定常条件下进行了多工况的数值模拟和外特性计算,并将计算结果与试验结果进行对比.在规范使用工具软件的条件下,分析了CFD数值模拟技术预估轴流泵性能的精度及其误差的特点.结果表明,非定常计算扬程值略高于试验值,而定常计算扬程值低于试验值,非定常计算的总体精度高于定常计算,且误差可控制在5%以内;定常和非定常预测的效率误差可控制在7%以内,且非定常计算的效率与试验效率存在一相对固定幅度的偏差,据此可用于修正同类模型效率的预测值.基于非定常计算的结果,进一步分析了叶轮和导叶圆柱面上流线分布、叶片截线压力分布和轴流泵过流部件各部分水力损失随叶轮叶片安放角和流量的变化规律,发现在小流量工况,靠近轮毂位置存在旋涡堵塞现象;在计算工况范围内,导叶段和出水段水力损失随流量的增大呈现先减小后增大的趋势.     

深井离心泵的水力设计和二次回归正交试验

根据研发新型井泵节能节材的要求,将水力设计与计算流体动力学技术和二次回归正交试验方法相结合,进行提高井泵效率的试验研究.试验选择深井离心泵的叶轮出口安放角和出口宽度两个几何因素,按二次回归正交试验方案,设计了10副叶轮.通过计算流体动力学技术对包含叶轮、导叶在内的两级新型深井离心泵的全流场进行了设计工况下的三维流场数值模拟,得到了10组设计方案额定点的效率值.通过二次回归正交试验法研究了叶轮出口安放角、出口宽度对效率的影响规律,根据计算结果对新型深井离心泵效率提出了二次回归约束方程.结果表明,采用叶轮极大直径设计法对提高新型深井离心泵的水力效率具有一定的参考价值.     

泵站正向进水前池底坎整流机理数值模拟

为研究正向进水前池存在的不良流态,基于N-S方程和Realizable k-ε紊流模型,采用SIMPLE算法,数值模拟了正向进水前池中无任何措施和增设底坎整流措施的流态.CFD计算结果表明：原方案的前池两侧出现了大面积的回流区,泵站两侧机组进水条件差,水流偏斜较为明显;加底坎,且当底坎离进水池较远时,整流效果并不明显,前池内仍有大面积的回流产生,偏流依然严重;当底坎离进水池较近时,坎后旋涡直接影响到进水池的流态;通过CFD优化,底坎设在离进水池入口（7~10）D处,能明显改善前池的流态,水流能较均匀地流入各台机组;随着底坎坎高的增大,底层回流区会逐渐变小,较大回流区发生的位置也由坎后变为坎前,坎高的取值约为0.3H＇时,前池内流态较好;底坎的顶宽尺寸对前池流态的影响较小.CFD计算结果与试验结果基本吻合,研究成果对正向扩散前池流态改善有借鉴价值和实际意义.     

多工况高抗汽蚀性能的诱导轮设计

针对某流量调节范围（最大流量/最小流量）为30的低比转数高速离心泵,基于能量匹配法,设计了等螺距和变螺距2种结构形式的诱导轮.采用SST湍流模型和Rayleigh-Plesset空泡动力学模型,对离心泵多工况下的全流场进行汽蚀数值模拟,分析了离心泵多工况下的汽蚀断裂特性和气泡分布等流场特征,揭示了不同工况下带诱导轮离心泵的汽蚀断裂机理.在高速试验台上进行了离心泵外特性水力试验,试验结果与计算结果吻合较好.研究结果表明：能量匹配法是指导高抗汽蚀诱导轮设计的基本方法;随着进口压力的降低,带诱导轮离心泵在各工况下的汽蚀断裂特性不尽相同,大流量工况下的扬程断裂曲线呈大斜率形状快速下降,中流量工况下扬程断裂曲线呈直角形,小流量下扬程断裂曲线呈小斜率形状缓慢下降;相对于等螺距诱导轮,变螺距诱导轮具有更小的冲角和更高的扬程,使高速离心泵具有更宽的稳定工作区间.     

油液污染颗粒引起的齿轮泵劣化失效研究

综合传动系统油液污染度较高,污染颗粒磨损极易引发齿轮泵流量劣化。基于齿轮泵流量劣化机理,从颗粒破碎的微观角度建立了端面间隙泄漏通道的污染颗粒破碎模型,确定了颗粒破碎常数与泄漏因子的取值。在此基础上推导齿轮泵流量劣化模型,建立了污染颗粒质量与磨损参数的线性关系,并分析了污染颗粒浓度、齿轮泵结构参数等影响因素。试验验证结果表明,齿轮泵流量劣化模型能较好地解释颗粒破碎、磨屑生成等污染磨损过程,并从理论角度提出齿轮泵污染耐受度的估算方法。该模型对于综合传动液压润滑系统设计与污染控制研究有重要的实用价值。     

基于径向基神经网络的叶轮轴面投影图优化

为了提高余热排出泵的效率,采用拉丁超立方试验设计方法对叶轮轴面投影图上的前盖板圆弧半径、后盖板圆弧半径、前盖板倾角和后盖板倾角4个几何变量进行35组叶轮方案设计,应用ANSYS CFX 14.5软件对余热排出泵进行定常数值模拟,得到设计工况下的效率,应用径向基神经网络建立效率与轴面投影图的4个几何变量之间的近似模型,最后采用遗传算法对近似模型进行极值寻优,获得最优的轴面投影图几何参数组合。研究结果表明:对比原始泵的数值模拟性能曲线和试验外特性能曲线,两者吻合较好;径向基神经网络能较好地预测泵设计点效率;优化的轴面投影图使得余热排出泵的水力效率提高了6.18个百分点,改善了叶轮内流场特性。因此,叶轮轴面投影图的优化设计方法是可行的。     

轴向柱塞泵功率密度影响因素分析

为进一步提高轴向柱塞泵功率密度,首先结合前人工作针对功率密度给出量化计算公式,并对其中最重要的2个因素进行了研究。分析表明,影响因素1单位体积的每转排量主要由斜盘倾角与柱塞分布圆半径决定,并提出采用柱塞包覆滑靴形式提高该因素值,计算表明其柱塞泵功率密度可提高60%;影响因素2最高转速主要受自吸性能影响,且普通柱塞泵自吸性能受缸体腰型槽粘性阻力与强制漩涡阻力影响,并随着转速提高而下降,对此提出一种双向倾斜式腰型槽缸体,其仿真证明该结构具有离心甩油作用,其最高转速最高可提高45.4%。最后针对大排量双联泵功率密度下降问题提出了一种对称X型高功率密度轴向柱塞泵结构,其功率密度提高了43%。     

能量高效的农田无线传感器网络拓扑关联路由算法

针对农田无线传感器网络节点分布不均、能量约束严格等特点,提出了一种能量高效的簇头选择方法TBCS-EA,在以剩余能量进行簇头选择的基础上根据节点拓扑位置、拓扑密度等进行加权,使距离sink较近的节点与密集区节点大概率成为簇头,提高成簇能量使用效率。针对现有成簇算法频繁进行簇头选举,算法开销大等问题,提出了一种能量逼近式簇头轮换机制,节点连续担任簇头并以某一目标进行能量逼近,在达到逼近目标后进行根据簇内信息指定新簇头,减少簇头选择的次数与协议开销。仿真与实验结果表明,TBCS-EA算法的网络生命周期约为LEACH的2.2倍,CHCS的1.5倍,从节点能量曲线看能耗均衡效果与CHCS相当,明显优于LEACH。结果显示TBCS-EA综合性能较之于现有算法有明显提升。