摘要：In order to maintain a uniform distribution of pareto-front solutions, a modified NSGA-II algorithm coupled with a dynamic crowding distance(DCD) method is proposed for the multi-objective optimization of a mixed-flow pump impeller. With the pump meridional section fixed, ten variables along the shroud and hub are selected to control the blade load by using a three-dimensional inverse design method. Hydraulic efficiency, along with impeller head, is applied as an optimization objective; and a radial basis neural network(RBNN) is adopted to approximate the objective function with 82 training samples. Local sensitivity analysis shows that decision variables have different impacts on the optimization objectives. Instead of randomly selecting one solution to implement, a technique for ordering preferences by similarity to ideal solution(TOPSIS) is introduced to select the best compromise solution(BCS) from pareto-front sets. The proposed method is applied to optimize the baseline model, i.e. a mixed- flow waterjet pump whose specific speed is 508 min?1?m3s?1?m. The performance of the waterjet pump was experimentally tested. Compared with the baseline model, the optimized impeller has a better hydraulic efficiency of 92% as well as a higher impeller head at the design operation point. Furthermore, the off-design performance is improved with a wider highefficiency operation range. After optimization, velocity gradients on the suction surface are smoother and flow separations are eliminated at the blade inlet part. Thus, the authors believe the proposed method is helpful for optimizing the mixed-flow pumps.

摘要：为了提高喷水推进器进水流道的水力性能并考虑空化性能,以水力效率、出流不均匀度和垂直度为优化目标,以进水流道内压力最小值为约束条件,对平进口式进水流道开展了多目标优化设计.采用参数化设计方法对进水流道进行三维建模,通过优化拉丁超立方试验设计方法生成75组样本,通过Kriging模型建立了设计变量与优化目标之间的近似模型,采用NSGA-II(改进的非支配排序遗传)算法在设计空间内进行全局寻优.敏感度分析结果表明:流道进口长度、水平直管段长度、下侧倾斜直管段的长度对优化目标的影响最大.与初始设计相比,在进速比为0.7时,优化后进水流道的不均匀度为0.188、垂直度为87.84°、水力效率为94.58%;优化后的进水流道对不同进速比都具有较好的适应性.

摘要：为提高超小型泵性能和实用性，研究了其中前盖板对叶轮水力性能的影响。基于传统方法设计了两种超小型泵叶轮，其中一个为闭式，另一个为半开式。在转速3000～10000r·min^-1的范围内进行实验，测定了超小型泵的水力性能。对半开式叶轮，在0．2～0．8mm间调整叶尖和前泵盖之间的轴向间隙，以考察其对泵水力性能的影响。试验结果表明：两种超小型泵的效率（闭式叶轮：51％，半开式叶轮：47％）均高于以往统计的泵效率值；由于机械密封等外部损失所占比重大，泵效率随雷诺数减小而降低，而内部效率则接近一个定值；随轴向间隙扩大，超小型泵的扬程系数、功率系数和效率都逐渐降低。

摘要：流体机械是量大面广的设备,每年作为发电设备为我国生产的绿色洁净能源超过社会用电总量的16%,同时作为动力设备消耗近三成社会用电总量,因而需要发展先进、高效的流体机械技术,通过增强水电与抽水蓄能机组的宽域稳定运行能力来促进风电、光伏等间歇性可再生能源快速增长,通过设计优化与智能调控来提升流体机械系统的节能水平,有效支撑我国顺利实现“双碳”战略目标。该文针对我国社会发展中与流体机械相关的重大需求,从生态友好的高效水力发电技术,安全与稳定的抽水蓄能技术,绿色环保的泵、风机与风力机技术,以及流体机械设计优化与智慧化运行技术等方面论述了流体机械及工程学科的技术发展方向及面临的挑战,总结了流体机械目前的热点研究及其进展,为未来流体机械关键技术研发提供参考。

摘要：采用弦长为14 mm的超小型Clark-Y叶栅,进行了多种空化数下的空化试验以探讨超小尺度下的空化机理和空化尺度效应。通过试验结果的分析,发现随着空化数降低,超小型叶栅的空化发展可分为空化初生、片状空化、云状空化、超空化几个阶段。通过与超小型翼型空化流场比较,发现由于受翼型间相互作用的影响,栅中翼型的空穴形态在各个空化阶段均表现为薄且狭长,空化发展相对滞后。

摘要：为研究垂直转子微小型泵的内部黏性流动,根据偏置于两平板间的转子两端剪切力不平衡的原理,设计了一种偏置式垂直转子微小型泵,并利用粒子成像测速(PIV)技术对泵体内部的黏性流动进行了可视化量测。根据N-S方程对微小型泵的内部粘性流动进行了数值模拟计算。用这2种方法均得到了泵体内部的流线分布、泵体出口端面的平均速度和体积流量与Reynolds数的关系曲线。比较和分析结果表明:当Reynolds数小于100时,泵体出口端面的平均速度、体积流量与Reynolds数基本成正比关系;随着Reynolds数的减小,流体的黏性作用相对增大,垂直转子微小型泵可对流体进行更加有效的输送。

摘要：为了寻求耐磨性能好的工程材料,应用自行设计的罐式固液冲蚀磨损装置研究了金属材料(结构钢40#)和工程陶瓷(S i3N4)的磨损及冲击波纹的发展过程。研究表明磨粒粒径大小和磨损时间对冲蚀波纹的形成有很大的影响;实验室中获得的40#钢的表面冲击波纹与工程磨损条件下的离心泵高铬灰口铸铁表面的冲击波纹的形态基本一致。即使在90°冲击角条件下塑性材料40#钢和脆性陶瓷的表面都可以观察到发展完全的冲击波纹形态。脆性陶瓷材料表面冲蚀波纹的波长和周期特征参量除了受到流体流动状况的控制外,材料自身机械性能和微观结构(晶粒形态和大小)的影响也很大。相同的冲蚀磨损条件下,脆性材料表面冲击波纹的波长和周期比塑性金属材料的都要小。

摘要：对一个低比转速(ns=86 ***-1)离心式锅炉给水泵进行了空化性能实验。为了与实验对比,在泵最佳效率点附近,基于标准k-ε模型和VOF空化模型进行了泵内全流道的三维空化湍流计算。结果表明数值模拟能较好地预测泵的平均空化性能。为改善锅炉给水泵内的空化性能,在实验泵已有叶轮的基础上,采用延长叶轮进口及加大叶片安放角的措施设计了5种新叶轮,并以这些新叶轮替代原叶轮进行了泵内全流道的空化流计算。结果表明,适当延伸叶轮叶片的进口位置及加大叶片进口角均可较明显地改善离心泵的空化性能。进一步的流场分析显示,保证叶轮进口的流动均匀性是离心泵空化性能得到改善的重要原因。

摘要：为精细分析鱼类在水力机械流道中的运动特性,本文以轴流泵为例,采用沉浸边界(immersed boundary,IB)与流固耦合(fluid-structure interaction,FSI)及大涡模拟(large eddy simulation,LES)相结合的方法,对泵内流场及鱼体通过泵流道的运动过程进行了数值模拟。结果表明,在相同雷诺数下计算得到的设计工况扬程系数与实验值误差仅为2.7%,验证了IB-FSI-LES方法适合于模拟轴流泵内部流动。与将鱼体视为流体示踪粒子的常规计算相比,采用IB-FSI-LES方法可以得到鱼体在泵内的复杂运动轨迹,捕捉鱼体与叶片发生碰撞时的运动突变以及叶轮内鱼体周围流场中涡结构的形成和脱落。研究结果可为水利水电工程中鱼类过机损伤精确评估及鱼类友好型水力机械优化设计提供科学依据。

摘要：本文对一种适合于小型立轴潮流水轮机的THI翼型进行了流体动力特性和翼型外围的流动分析。经计算可知,该翼型在保持与机翼NACA633-0018相近的升力特性的同时,阻力系数稍微增大;从THI翼型全流体动力特性可知随攻角变化,流体力的变化异常剧烈,翼型的最大升力系数达到1.5、最大阻力系数1.1、最大升阻比28;除攻角0°附近之外的大部分攻角范围内,翼型外围的流动结构复杂,不仅出现回流,而且存在强烈的流动分离。这样的分离流动既影响翼型的升阻力特性,也可能引发流体振动。研究结果可为小型立轴潮流水轮机转轮的水力设计提供重要的参考。