摘要：为了使设计工况下匹配的增压器性能更优从而提高系统能量利用率,针对自由活塞发动机匹配的电动压气机,采用遗传算法对原压气机进行了优化,研究了优化前、后压气机内部流场特性,以熵产分析的方法量化了3种不可逆因素导致的流动损失,并将优化前、后压气机熵产和涡度分布对比分析,进一步明确了压气机的优化策略.结果表明:叶轮和扩压器中湍流耗散、传热耗散和黏性耗散的比例近乎为6∶3∶1.不可逆损失主要集中在叶顶间隙和叶片压力面,损失来源为间隙泄漏流与部分主流掺混形成的反向涡团.压壳中湍流耗散占比超过85%,具体表现为局部损失和沿程损失.优化后压气机等熵效率提高了6%,流道内涡团的范围、幅值大幅减小,不可逆流动损失降低.上述工作揭示了压气机流场中不同耗散机制的不可逆因素对能量损失的影响机理,为压气机气动优化设计提供指导.

摘要：为了研究柱状颗粒参数对污水泵内固液两相流动特性以及通过性能的影响规律,采用CFD-DEM耦合方法计算了离心泵内固液两相流动,基于熵产理论分析了不同颗粒物性条件下泵内的流动损失特性,并通过试验对其进行了验证。结果表明:柱状颗粒长径比、体积分数和密度影响了污水泵内颗粒的通过性能以及流动损失;固相浓度从1%增大至5%,泵的扬程降低1.97 m,效率降低2.2%,颗粒通过能力逐渐降低;颗粒密度从1000 kg/m^(3)增大至2500 kg/m^(3),泵的扬程降低1.63 m,效率降低3.76%,颗粒通过能力略有增强;在各工况下,总熵产变化规律与泵性能变化规律一致,高熵产区域主要集中在叶片进口边附近,说明熵产分析能够有效反映泵内的流动损失特性。研究结果可为污水泵的优化设计提供理论依据。

摘要：建立篦齿熵产分析的数值模拟方法并经试验验证方法的准确性,进而揭示了台阶式篦齿的倾角、齿顶宽度、齿高、台阶高度变化下的流动熵产机理及导致熵产的主要流动特征。在此基础上最终从系统熵产视角对篦齿进行优化和特性分析。结果表明:篦齿齿顶区域相对耗散强度较大,导致该区域存在的齿顶涡具有较强增阻作用,对于提升篦齿局部熵产,降低系统熵产有重要作用。通过主动构造齿顶涡(增阻涡)可以实现增强篦齿局部熵产、减小泄漏量的设计目标。优化后的台阶式篦齿结构较初始台阶齿的封严性能提升24%。

摘要：为探究水泵水轮机组因频繁改动活动导叶开度而引起的机组不稳定运行机理,基于熵产理论与涡量理论,采用数值模拟与试验相结合的方法,针对水泵水轮机小流量、高效率和大流量这3种工况开展能量损失特性分析.结果表明:随着活动导叶开度的增加,转轮区域总涡量值增大,高涡量值分布区域及主流区熵产率先减小后增大,壁面熵产率增大;能量损失与流态紊乱程度呈正相关,转轮区域的旋涡流、冲击、摩擦等现象是引起能量损失的重要原因.对相同工况模型进行试验,其结果与数值模拟结果类似,此研究结果为水泵水轮机的设计与效率提升提供了重要依据.

摘要：部署在开阔水域的潮流能水平轴水轮机经常不可避免处于偏流中并造成一定的负面影响,为了研究其在偏流条件下的熵产及水力特点,通过求解雷诺平均(RANS)方程并结合熵产理论对一水平轴潮流能水轮机进行了三维数值模拟研究。结果表明,随着偏流角的增大,涡轮机的输出功率及推力逐渐减小,最高点所对应的尖速比(TSR)逐渐向低位移动,同时输出功率及推力的波动幅度变大。在相同的偏流角下,熵产随TSR的增大而增大。在不同的偏流角下,熵产在较低的TSR下随偏流角的增大而减小,而在较高的TSR下随偏流角的增大而增大。增加偏流角同样也会导致熵产波动幅度的变大。此外,流场分析表明偏流角决定了下游尾迹的偏转方向并显著改变了尾迹形状。大部分的熵产出现在水轮机的叶尖和轮毂后方,这是因为此处形成了较大范围的流动分离和涡流,这也是导致水轮机出现高熵产的主要诱因。研究结果揭示了水平轴水轮机在偏流条件下的熵产和水力特点并准确定位了熵产集中区域,为水平轴水轮机的优化设计提供了一定的参考依据。

摘要：[目的]为了准确定位导管桨在运行时流动损失发生的位置与损失大小,从能量角度对导管桨的流动损失特性进行分析。[方法]通过求解雷诺时均N-S方程并结合熵产理论,对导管桨在不同转速与进速条件下进行三维定常模拟研究,据此对导管桨进行加装毂帽鳍的优化改进。[结果]结果表明:在相同转速下,黏性耗散熵产值随进速的增大而增大,而湍流耗散熵产值随进速的增大而减小;在相同进速下,黏性耗散熵产值和湍流耗散熵产值均随转速的增大而显著上升;不同工况条件下的湍流耗散熵产的占比均大于黏性耗散熵产,导管桨的不可逆流动损失的主要原因在于湍流耗散;导管桨的流动损失区域主要位于导管后缘附近区域和桨毂后方,其中桨毂后方所形成的大范围的毂涡区正是流动损失的高位集中区。此外,改进后的导管桨能够显著改善桨尾部的涡流分布,降低由毂涡所引起的流动损失。[结论]研究揭示了导管桨运行时流动损失的特点,并准确定位了流动损失集中区,结果可为导管桨节能优化设计及流动损失识别分析提供新的思路。

摘要：套管稳定器是套管钻井过程中必要的部件。为满足现场对安装套管稳定器的井段内环空流动损失较低且有利于携岩的要求,需要对套管稳定器进行整体结构设计。利用Fluent软件对稳定器与井眼之间的环空流场进行了数值模拟,采用熵产方法对流场能耗进行了分析。分析结果表明:流场中湍流熵产占大部分且主要发生在螺旋流道入口;对安装稳定器的井段进行了携岩能力分析,发现稳定器的螺旋流道整体对携岩有利,但螺旋棱根部会有少量岩屑堆积。综合分析了螺旋棱尺寸对流场能耗和携岩能力的影响,优选出套管稳定器的结构尺寸。研究结果可为套管稳定器优化设计和现场应用提供参考。

摘要：为了对比分析垂直轴导流涵道水轮机与垂直轴非导流涵道水轮机之间的熵产及性能特点,通过引入熵产理论并结合SST k-ω湍流模型对二者进行三维数值模拟研究。结果表明:导流涵道水轮机比非导流涵道水轮机具有更高的输出功率和更小的功率波动幅度,但黏性耗散熵产和湍流耗散熵产及其波动幅度均比非导流涵道水轮机有所增加;2种水轮机的黏性耗散熵产和湍流耗散熵产均随尖速比的增大而增大;2种水轮机处于不同尖速比下时的湍流耗散熵产也远大于黏性耗散熵产。流场分析显示大部分的熵产主要发生在水轮机叶片的后缘和导流涵道的外侧,原因是此处形成了较大范围的流动分离和涡流。研究结果揭示了二者的熵产和性能特点,为垂直轴导流涵道水轮机的优化设计提供了一定的参考依据。

摘要：基于参数化设计和模拟方法,采用VB开发了放射状散热器参数化设计模拟软件,可自动生成高质量的六面体网格和进行数值计算.利用该软件快速对风扇散热器组件的结构参数进行性能分析和讨论,加深了对风扇散热器组件各主要参数在散热器整体性能中影响程度的认识.采用并行计算流体力学方法,基于组合优化策略以熵产最小为目标函数对多参数结构风扇散热器组件进行优化,曲线型散热器优化结果比初步设计方案的性能提高了7%.

摘要：针对肘形吸入流道造成管道泵效率降低的实际工程问题,为了对流场中的能量损失作出定向和定量分析,引入熵产理论对管道泵流场进行了分析。以比转数为190的单级单吸式管道泵为研究对象,对不同流量工况(0.5Q~1.2Q)下肘形吸入流道的管道泵性能开展了数值模拟和试验研究,并与相同参数下直锥形吸入流道端吸泵的相关特征进行对比,分析了管道泵内部流动损失的分布特征以及肘形吸入流道对泵内流动损失的影响机理。结果表明,湍流熵产和壁面熵产是总熵产的主要来源;随着流量的增加,整体水力损失呈现先减小后增大的趋势;吸入流道的改型并未改变不同流量工况下总体流动损失的变化趋势,但改用肘形吸入流道使得叶轮入口处流动不均匀性增加,主要增强了内部流动的湍流脉动,导致各流体单元的流动损失增加。另外,涡流和流动分离使得叶轮段局部呈现高熵产率,而肘形吸入流道使得叶轮段的高熵产区域分布更广;在小流量工况下,叶轮段熵产的湍流熵产比率最大可达约为90%。研究结果可为管道泵的优化设计提供理论基础。