摘要：氢气循环泵是燃料电池系统的关键设备,现有多种不同类型的氢气循环泵,其中爪式和罗茨式应用较为普遍。针对罗茨式泵间隙通道较短且泄露速度较大的问题,该文采取椭圆线、圆弧和摆线的组合方式提出了一种新型椭圆形二爪转子,并计算推导了其型线方程,基于数值模拟获得了工作腔内流场分布规律,分析了其内部流动特性以及工作过程、压力、速度和阻力矩的变化规律。结果表明:与传统摆线型泵相比,椭圆形爪式泵降低了气体的泄露速度,所受气体阻力矩更小,对氢气循环泵的选型具有一定的参考意义。

摘要：为克服计算流体力学(CFD)方法计算成本高及无法重复利用计算结果的缺陷,基于深度学习方法,利用132组二维流场数据建立NACA0018翼型α=2°~8°、Re=0.1×106~1.6×106下压力场、速度场的神经网络定常预测模型。以此为基础,将低速不可压缩流动能量守恒方程作为约束条件,考虑到翼型升阻力与表面压力的相关性及流场静压与动压的关系,提出一种能间接约束翼型压力场与速度场之间关系的激活函数。结果表明,传统激活函数与改进激活函数下的神经网络在压力场预测平均误差均在2.77%左右,但传统神经网络在速度场预测中平均误差达到11%,最大达到26.993%,而改进激活函数平均误差只有2.77%。与传统的激活函数相比,改进的激活函数的神经网络因存在内部间接约束,故在翼型速度场的预测中更准确,流场过渡更均匀,并且神经网络方法可以通过保存模型以达到重复利用数值模拟结果目的,相比传统CFD方法数小时的计算,训练完成的神经网络只需要数秒即可得到计算结果,可大大减少计算时间。

摘要：为研究离心泵作透平(pump as turbine,PAT)启动过程中的瞬态特性,根据转动方程编写UDF程序,基于Fluent软件滑移网格的转速控制方法对PAT启动过程进行模拟计算,并与试验结果进行对比验证。结果表明,启动初始时刻叶轮内形成了强烈的叶道涡,随着转速的增加,叶道涡的强度逐渐减小,压力呈梯度分布。启动初始时刻叶片载荷振荡分布,最大振幅出现在叶片中间位置,远高于稳态工况下的叶片载荷;径向力和轴向力都随着转速的增加急剧增大后振荡下降,当转速趋于稳定后,径向力和轴向力呈周期性振荡,轴向力脉动的幅值大于径向力的,每个振荡周期的脉动次数与叶片数一致。启动过程中转子做加速度逐渐减小的加速转动,来流压力越大,达到设计转速的时间越短,完成启动后的稳定转速越高;转动惯量越小,完成启动越快。

摘要：为了阐明核主泵叶轮和导叶叶片数匹配特性对水力性能的影响。以缩比系数为0.5的模型泵为研究对象,基于核主泵几何参数,建立叶轮叶片数Z1和导叶叶片数Z2的多种匹配方案,通过数值方法预测多种匹配方案下核主泵设计工况下的水力性能。结果分析表明:只改变叶轮叶片数时,随着叶轮叶片数的增加,叶轮与泵扬程的增加趋势逐渐变缓;只改变导叶叶片数时,导叶叶片数的选取对核主泵效率影响的最大差值为8.48%。导叶和压水室内漩涡区和水力损失主要集中在以泵出口为起点沿叶轮旋转方向的半球形区域,且环形压水室的水力损失在总损失中所占比重最小为36.4%,表明环形压水室是核主泵水力损失最大的过流部件。根据多种叶片数匹配方案的结果分析,表明设计工况下核主泵叶轮与导叶叶片数的最佳匹配值为(Z_1=4,Z_2=9)、(Z_1=5,Z_2=12)、(Z_1=6,Z_2=11)和(Z_1=3,Z_2=7),即导叶叶片数在叶轮叶片数的2倍附近且两者互质时,泵的水力性能达到最佳值。研究结果为核主泵叶轮和导叶叶片数的选取提供了理论依据。

摘要：为了精确分析离心泵叶轮内复杂的非稳态流动特性,基于泵内流动的大涡模拟(large eddy simulation,LES)数值计算结果,在设计工况及小流量工况下对叶轮内非定常相对速度场进行动态模态分解(dynamic modal decomposition,DMD),得到能够反映叶轮内复杂流动特征的前4阶主要模态及其相应的频率信息。分析结果表明:DMD方法能够有效识别叶轮内复杂流动的脉动频率,提取出相应的流场结构,将叶轮内复杂的流场特征分解为基本模态特征、反映叶轮流道内流动分离及不稳定涡结构的高阶动态模态特征;基本模态能够反映由流道几何形状引起的叶轮出口高速射流区与低速尾迹区及叶片背面流动分离区域。设计工况速度场2阶~4阶动态模态流场反映出叶轮内流动受蜗壳干扰在叶片背面产生的流动分离及不稳定涡结构脱落特征;小流量工况速度场动态模态表征了由于叶轮旋转及蜗壳干扰在流道内发生流动分离、失速等流场特征。通过DMD方法能够有效地对叶轮内重要流场结构进行低维近似,清楚地分析离心泵叶轮内复杂流场的非定常特性。

摘要：本文以铅铋堆离心泵为研究对象,采用数值模拟方法研究了泵内高温液态金属介质的动力学特性。研究结果表明:介质属性改变对泵扬程和效率影响不大,全流量工况下液态铅铋介质(LBE)均略高于常温清水,设计流量下扬程相差0.32 m,效率相差2.09%。液态LBE介质的轴功率约为常温清水的10.4倍,与两者密度比值基本相同。液态LBE介质对流场的影响体现在一定程度上抑制了叶轮进口的逆流,降低了叶轮出口的轴向速度梯度,降低了大流量工况时导叶内压力脉动幅度。液态LBE介质下的轴向力约为常温清水介质的23.75倍,径向合力约为常温清水介质的10倍,介质属性的改变对泵受力特性影响很大。研究结果可为今后铅铋堆离心泵的设计及性能评估提供参考。

摘要：空化的发生会影响离心泵的稳定运行,为了抑制空化的发生,以一台低比转速离心泵为研究对象进行了非定常数值模拟。通过在离心泵叶片吸力面前缘处布置凹槽、横向障碍物及不连续障碍物三种不同结构,分析这三种结构对离心泵空化初生性能的影响。结果表明:布置三种结构后对离心泵扬程和效率影响较小,在设计工况点,布置凹槽后扬程下降1.7%,效率增大2.4%,布置横向障碍物和不连续障碍物后扬程分别增大2.2%、1.6%,效率分别下降2.6%、2.3%;在空化初生阶段,布置三种结构后均能诱发叶轮进口处相对高压区的形成,很大程度地减少叶轮内空泡体积,很好地抑制空泡的产生,其中布置横向障碍物对叶轮空化抑制效果最好。

摘要：为适应过程工业中生产调节对液力透平性能的影响,要求多级泵作透平的输出功率随流量的变化较小,即输出功率-流量曲线较平坦。基于欧拉方程,根据速度矩守恒,推导得到导叶式透平输出功率与几何参数的关系式。利用数学求导,判断出导叶几何参数对输出功率曲线平坦性的影响规律。以两级径向导叶离心泵作透平为研究对象,改变正导叶几何参数设计研究方案,通过Fluent软件数值计算并进行试验验证。研究结果表明:数值计算结果与理论推导相符,适当增大正导叶的喉部面积、出口安放角、叶片数或适当减小正导叶基圆直径都可以使输出功率曲线变平坦;设计工况点正导叶几何参数对功率曲线斜率(平坦性)影响由大到小为喉部面积、出口安放角、叶片数、基圆直径,斜率依次减小0.17、0.11、0.05、0.03;适当增大喉部面积可以使透平效率提升1.65个百分点,高效点向大流量偏移。

摘要：针对液环泵内复杂的气液两相流动、计算量大且优化设计难以进行的问题,提出了采用本征正交分解法进行液环泵内流场的重构分析。采用泰勒多项式对二维叶片型线进行参数化控制,通过对各控制参数进行适量的扰动得到叶片型线样本集。采用VOF模型进行液环泵内气液两相流场的数值模拟,由叶片型线参数及叶轮内流场数据构建样本的快照集,依照几何相似及网格变形方法插值得到各相似点的流场参数,依据本征正交分解(POD)法将快照集分解为正交基的线性组合。由最小二乘法拟合目标叶型所对应的正交基系数,实现了对目标叶片流场的重构。采用POD方法对2BE-203型液环泵内单个叶轮流道的气液两相流流场进行了重构,精确地重构了单个叶轮内流场结构的各个特征,除在气液交界面附近有一定的误差,整体预测结果具有较高的精度,大大减少了流场预估的计算量。

摘要：针对传统离心泵叶片反问题及其优化难以进行,提出了基于载荷驱动的离心泵叶片自由曲面变形反问题方法,构建了更为稳定有效的晶格变形函数。根据离心泵叶片载荷分布特征采用多段样条曲线对离心泵叶片的载荷进行参数化控制,在控制变量空间进行试验设计,采用响应面方法对叶片载荷分布规律进行优化研究,得到了离心泵叶片载荷分布规律与对应的叶片形状及叶片水力性能间的关系,得到了低比转速离心泵叶片理想的载荷分布规律。算例优化结果表明:提出的离心泵叶轮叶片载荷优化理论及方法是可行的。