摘要：混流泵应用轻质材料是减重的主要措施之一。基于CFturbo叶轮机械设计软件开发混流泵,提出在叶轮、导叶中采用不同轻质材料组合的方案,并基于CFD仿真单向流固耦合技术,从混流泵的外特性曲线性能、叶轮及导叶的应力与形变3个方面,对6种组合方案综合评估,验证单向流固耦合技术分析方法对轻质材料在混流泵中应用的可行性。结果表明:不同材料的叶轮对混流泵的性能影响较小;在不同流量下,叶轮与导叶采用不同材料时的最大应力与最大形变分别发生在叶片轮缘处和导叶进口处,并且最大应力值和最大形变量随流量的增加反而减小;叶轮和导叶采用轻质材料的3种可行的组合方案中,混流泵的总质量最小为29.74 kg,减重比达16.86%;最大为32.08 kg,减重比达10.32%。

摘要：混流泵在启动过程中,内部会出现流动冲击和旋转失速等现象,瞬态性能十分复杂。该文通过混流泵瞬态扬程方程和管路系统阻力方程的联立求解,建立了一套混流泵启动过程瞬态性能理论预测模型。通过给定转速加速曲线,得到混流泵启动过程中流量和扬程随时间的变化规律。同时,构建了混流泵与管路系统的三维几何模型,数值计算得到了混流泵启动过程瞬态特性,结果与理论模型预测结果吻合较好,验证了该理论预测模型的准确性。启动过程中,流量增大滞后于转速上升,转速加速结束后流量缓慢增长并最终趋于稳定。混流泵瞬态扬程可分为稳态项扬程、加速项扬程和惯性项扬程。加速项扬程和惯性项扬程在启动过程中影响较大。

摘要：叶片泵是将机械能向流体能量转换的流体机械,叶轮是其核心过流部件。该文基于正反问题迭代设计方法,开展混流泵叶轮设计研究。速度矩沿轴面流线的分布规律由四次函数给定,通过中点参数和出口斜率控制速度矩,进而分析速度矩分布规律对叶轮性能的影响。结果表明:增大速度矩中点值,会增加叶片进口至叶中位置的载荷,提升叶轮做功能力。速度矩中点值主要影响叶顶附近的相对速度分布和主流区的轴向速度分布。在清华大学流体机械综合试验台开展混流泵能量特性和空化特性测量,结果表明:混流泵高效运行区平坦宽广,最高效率为82.17%,空化比转速为1 289。

摘要：为进一步提升混流泵优化效果,并探究几何参数和载荷参数与导叶式混流泵能量特性间的响应关系,该研究结合正交试验与数值模拟,对比转速为511的导叶式混流泵叶轮开展参数优化研究。在试验验证数值模拟准确性的基础上,采用反问题设计方法,以0.85Qdes和1.15Qdes(Qdes为设计流量)处泵段水力效率为优化目标,以1.0Qdes处泵段扬程为约束条件,耦合轴面投影几何参数与流线方向载荷参数进行混流泵参数设计。研究结果表明:几何参数Lh和LS(前缘与轮毂及轮缘交点的X轴坐标)与载荷参数Kh、LEs、NCs和Ks(轮毂处中间直线斜率、轮缘处前缘载荷、轮缘处第一加载点横坐标和轮缘处中间直线段斜率)均对混流泵能量特性具有较大影响,在优化设计中均应被重点考虑;与原始模型相比,优化模型在叶轮出口附近具有更加合理的流场分布,可有效减少叶轮下游部件水力损失,其在0.85Qdes和1.15Qdes处的泵段效率分别提升了0.90和2.25个百分点。研究方法可为涡轮机械的参数化优化节约计算资源、最大化优化效果提供参考。

摘要：为解决泵喷系统以及潜艇武器大型化和稳定化发展中的混流泵瞬态启动特性和诱导空化问题,结合混流泵外特性试验和高速摄影可视化技术,研究泵瞬态启动性能和空化流场特性.结果表明:在无空化启动时,启动时间和启动流量不影响混流泵的稳态性能,泵流量、转速和扬程同时刻达到稳态峰值,具有较好的同步性,泵扬程在启动初期具有明显的滞后性,设计流量下,启动扬程滞后时间约为启动时间的50%;在空化启动条件下,混流泵叶顶间隙最先出现空化,随着启动时间的增加,空泡云发展出“长条状”形状,随着进口压力的降低或进口流量的增大,空泡云逐渐呈现出“三角状”,最终发展到堵塞流道.通过高速摄影试验捕捉不同启动条件下混流泵流道内的空化形态演变,发现缩短启动时间、减小启动流量、增加泵进口启动压力是抑制启动空化发生的有效途径.

摘要：为降低舰船循环水系统中混流泵的流阻系数,改进其自流特性,提高舰船“自流”循环能力,基于CFD仿真,对低流阻水力部件开展模拟优化及试验研究.首先,通过仿真分析确定初步设计方案,其水力性能可满足设计要求;然后,为进一步降低水力损失和流阻系数,利用随机有限元分析方法确定了影响流阻的主要因素,并针对叶轮、导叶、蜗壳和出口管等主要部件进行优化和改进;最后,基于优化方案开展了样机生产制造及验证试验.结果表明:叶片总包角和导叶总包角是影响混流泵水力部件流阻大小的最主要因素.仿真预测结果与样机试验结果相符,优化后的混流泵内部流动光顺,压力分布、速度分布合理,没有明显的脱流、旋涡,整体流阻系数下降明显,水力性能满足设计要求.因此,提出的低流阻水力部件模拟优化方法是可行的.

摘要：提出了用正反问题迭代法设计混流泵叶轮的新方法。该方法能够有效地弥补传统方法设计叶片时轴面流动的计算仅满足流体连续方程的缺陷,同时考虑了叶片形状对轴面流场计算的影响。通过两类相对流面迭代求解流体连续方程与运动方程,完成设计叶轮的正问题计算。采用逐点积分法进行叶片骨线绘型,在轴面上加厚叶片,在保角变换平面内修圆叶片头尾部,完成反问题设计。正反问题迭代计算直至收敛,最终完成混流泵叶轮的设计。采用SIMPLEC算法,通过求解Navier-Stokes方程和RNGk-ε湍流模型方程,模拟了混流泵叶轮内的三维流场,获得了叶轮内的速度与压力分布。结果表明:正反问题迭代方法设计的叶片对于水流的控制能力增强,叶轮内部流动稳定,压力分布均匀,具有更优的水力性能。

摘要：基于三维反问题设计方法,结合CFD数值模拟,以混流泵叶片载荷分布参数为设计变量,以水力效率为优化目标,采用正交试验方法和响应面函数法建立设计变量与目标函数的关系,对混流泵进一步优化。分析了不同设计变量对目标函数的影响,发现叶轮轮盘进口处载荷对泵的水力效率影响最明显。通过数值模拟对比基准叶轮与优化叶轮性能,优化后的混流泵模型最优工况下的水力效率提高3.2%,且水泵扬程基本保持不变,优化体系具有良好的工程应用价值。

摘要：以叶片角的分布为优化变量,叶轮效率为优化目标,将三维粘性流动分析与神经网络相结合对混流泵叶片进行了优化设计。在设计空间内根据实验设计理论安排神经网络的训练样本,选择径向基函数网络建立设计变量和目标函数间复杂的响应关系,利用遗传算法进行优化。针对研究对象设计变量较多、变化范围较大的问题,提出子系统优化的初步思想,即:将优化变量进行分类,对每类变量建立子系统,分别在子系统内进行局部优化,然后再考虑子系统之间的相互影响进行全局优化。对一混流泵的三元扭曲叶片进行优化,叶轮效率明显提高,从而验证了该方法的简便性与有效性。

摘要：综合应用速度系数法和相似换算法设计了混流泵叶轮,在Pro/E平台上采用双三次Bezier曲面实现扭曲叶片造型,运用Gambit软件为叶轮内流道划分网格和定义边界;基于雷诺时均方程、标准k-ε湍流模型和SIMPLE算法,采用Fluent软件模拟了设计工况下的叶轮内部三维流场,得到了流速分布和压力分布图,并分析了它们的分布规律;在清水试验台上进行了性能测试,结果表明所设计的混流泵满足设计要求。