摘要：为解决血泵因叶顶间隙泄漏而造成溶血和血栓等问题,引入了一种折边不等间距叶轮,采用计算流体力学(computational fluid dynamics, CFD)进行内部流场的数值模拟,并与非折边不等间距叶轮及折边等间距叶轮进行对比分析,研究了它们的内流场动力学特性和血液相容性.结果表明:折边叶片结构血泵避免了叶顶间隙泄漏流的产生,同时折边不等间距叶轮减少了叶轮入口和出口处的回流和涡流,流道内整体切应力低于其他2种叶轮;3种叶轮的溶血指数HI均满足血泵的溶血设计指标,其中,折边不等间距叶轮血泵壁面切应力在0~150 Pa的占比达96.84%,曝光时间相对集中且满足人工血泵设计要求,溶血指数较非折边不等间距叶轮血泵下降了3.50%,较折边等间距叶轮血泵下降了12.50%,溶血性能最优.提出的折边不等间距叶轮血泵可有效降低红细胞破损概率,减少溶血和血栓的发生,可为轴流血泵的结构设计和优化提供一定参考.

摘要：为探究叶片安放角对微型轴流式水轮机水力性能的影响,以一比转数为548的微型轴流式水轮机为研究对象,在不改变其他几何参数的前提下,仅偏置转轮叶片各翼型剖面,得到7个不同叶片安放角的转轮;在试验验证的基础上,通过全流场数值计算,分析了改变叶片安放角对微型轴流式水轮机水力性能的影响.结果表明:随着叶片安放角的减小,在相同流量下水轮机的水头与出力均增大,高效率区域向小流量区域偏移,水轮机可高效运转的范围有一定程度的增大;随着叶片安放角的增大,水轮机的水头与出力减小,高效率区域向大流量区域偏移.适当减小叶片安放角的水轮机能在较大水头(流量)变化范围内维持较好的性能.其中,安放角为-4°的水轮机最高效率达到82.13%,高效率区的范围最大.该研究可为微型轴流式水轮机转轮的设计提供一定参考.

摘要：为研究不同工况下小型堆核主泵内部流动情况,采用计算流体动力学(CFD)数值模拟与试验相结合的方法,选取4种工况(0.6 Q d,0.8 Q d,1.0 Q d与1.2 Q d)进行内部流动特性分析,并选取具有典型意义的出口中心截面,以三维速度流线、速度分布云图、涡量分布云图等形式,对比考察了不同流量工况条件下泵内部流动规律及其变化趋势.通过分析叶轮与导叶之间的通道回转面压力、速度分布云图以及叶轮叶片与导叶叶片的叶片压力载荷曲线,解析了叶轮和导叶内部的流动分布和能量转换机制,从而为小型堆核主泵的水力优化设计提供直观认识.研究结果表明:在设计流量工况1.0 Q d下,小型堆核主泵内部流线平顺稳定,叶片工作面与背面压力载荷较稳定;在小流量工况0.6 Q d和0.8 Q d下,叶轮叶片上高压区增大;在大流量工况1.2 Q d运行时,泵内压力分布变化较大;试验结果与数值计算结果的一致性进一步验证了计算模型的准确性.研究结果不仅阐释了小型堆核主泵内部的流动特性,而且为小型堆核主泵的设计提供了一定的理论依据和应用指导.

摘要：为提高离心泵在设计工况下的运行效率和扬程,提出一种基于高维混合模型的离心泵叶轮优化设计方法.选取一台比转数为157的单级离心泵作为研究对象,通过CFturbo软件对优化变量进行参数化,然后结合数值模拟获得高维混合模型的训练集.在此基础上采用获取的训练集通过MATLAB机器学习得出效率、扬程与优化参数之间关于支持向量回归的高维模型,并采用遗传算法寻优.在设计工况下,所拟合的高维混合模型预测的效率和扬程值比原模型分别高1.5%和3.2 m,数值模拟验证优化方案的效率和扬程分别比原模型高0.9%和2.1 m.算例研究表明,将高维混合模型应用于离心泵叶轮的优化设计中可以实现快速寻优并提高离心泵水力性能.

摘要：为研究叶轮交错布置对双吸泵内流噪声的影响,根据叶片夹角设计了4组叶轮交错方案.在设计工况下,采用标准k-ε湍流模型对双吸泵内部流动进行了非定常数值模拟,基于数值模拟结果提取偶极子声源,应用直接声学边界元法计算了双吸泵内声场,分析了不同叶轮交错方案对泵能量性能、压力脉动和内流噪声等的影响规律.研究结果表明:叶轮交错布置能够提高双吸泵能量性能,扬程和效率最高分别提升3.0%和5.7%;随着交错角度增大,压力脉动峰峰值逐渐减小,最大降幅达79.6%;当交错角为叶轮夹角的1/2时,蜗壳内流场压力脉动、偶极子声源流动噪声和声压频响曲线的主频均从1倍叶频变为2倍叶频,且主频处幅值明显降低;随着交错角增大,吸水室、叶轮和蜗壳表面高声压区范围逐渐减小,表面声压最大值和声压频响曲线逐渐降低,最大降幅分别为9.9%和18.7%.研究结果可为双吸泵优化设计和减振降噪提供一定的理论参考.

摘要：为研究入渗空腔对地下滴灌滴头流量和土水势的影响规律,通过土箱试验和数值模拟相结合的方法,对比分析了黏土和壤质砂土2种土壤灌水过程中土壤正压及滴头流量的变化规律,反演了滴头出口处空腔半径,并建立了黏土中空腔半径的计算模型.研究结果表明:相同条件下,壤质砂土中的滴头流量大于黏土中的,但变化幅度小于黏土中的;壤质砂土中土壤正压随时间变化呈上升趋势,黏土中土壤正压随时间变化呈下降趋势,受空腔影响,滴头流量与土壤正压随时间的变化趋势不存在必然关系.模拟中,壤质砂土入渗空腔半径可选择较小值或认为与滴头出口半径相同.黏土中空腔半径随滴头额定流量和容重增大而增大.相对于选用固定值,研究得到的空腔半径可以提高现有计算公式在求解滴头流量和土壤正压的精度,拟合的空腔半径经验模型可以应用于地下滴灌水力设计,同时为土壤水分入渗数值模拟的边界条件设置提供依据.

摘要：针对目前雾化喷嘴存在的雾化压力高、雾化范围小等问题,设计了一种雾化喷头,并分析了该喷头的雾化特性.利用激光粒度测试仪探究压力为0.15~0.30 MPa、出口直径为0.3~0.9 mm等条件下对喷头雾化锥角、速度场和液滴粒径的影响,获取了不同试验条件下流场流动特性的变化规律:在低压力下,雾化锥角受喷头出口直径的影响较大,出口收缩角越大则雾化特性越优良;出口直径为0.9 mm的喷头,喷腔长孔比为1、出口收缩角为75°时更能实现大范围的作业;随着喷雾压力增大,水滴速度最大值也显著增大,但压力对雾化流场整体速度分布趋势的影响不大.水滴直径也随着喷头出口直径增大而增大,且喷头出口直径对水滴直径影响显著,但水滴直径相同时,出口直径越大,水滴速度越小.该结果为雾化喷头在中低压范围内的应用提供了理论参考.

摘要：针对罗茨泵工作时排气口气体压力高、基元容积内压力低以及气体回流引起出口气流脉动大等问题,应用Pumplinx对MB7300型罗茨泵进行全流场数值计算,通过Tecplot软件并采用Q准则对罗茨泵内流场涡结构进行定性分析,研究内回流槽厚度和角度2个关键参数对罗茨泵内部流动的影响规律,尤其对出口压力脉动和流量脉动的影响.研究结果表明:内回流槽结构对进口侧流态改善效果不明显,但可以很好地降低排气压力脉动、流量脉动以及排气段涡流,内回流槽厚度越大,角度越大,效果越明显;内回流槽厚度、角度增大过大时,转子与机壳之间间隙增大,泄漏量增多,排气量降低幅度大幅升高;内回流槽厚度和角度存在较为优选的组合,在有效降低压力和流量脉动的同时,可最大限度降低流量的损失,综合考虑流量和出口脉动性能时,内回流槽角度约为45°,厚度约为7.5 mm时组合效果较好;如果使出口流量不出现负值,内置回流槽的尺寸应选择角度45°~60°,厚度7.5~10.0 mm.研究结果可为罗茨泵气流脉动和壳体结构优化设计提供一定依据.

摘要：为提高带导叶蜗壳式离心泵的运行稳定性,研究了不同导叶安装角度对离心泵性能及叶轮结构力学响应的影响.以某带导叶蜗壳泵为研究对象,首先对其进行流场数值模拟,再通过静态和瞬态结构分析模块将水压力载荷导入叶轮结构,以实现单向流固耦合分析,研究不同导叶安装角度下叶轮变形与等效应力变化规律,最后通过模态分析研究叶轮结构的振动特性.结果表明:随着导叶安装角度减小,泵的高效区向小流量工况偏移,并且最高效率逐渐增大,最大提高2.1%;单向流固耦合分析得到的稳态结果与瞬态结果规律一致,其中叶轮最大变形量和最大等效应力值都随流量的增大而减小,在设计工况附近,都随导叶安装角度的减小而减小,最大差值为3.3%,且最大等效应力值变化的幅值较小;预应力对叶轮干模态固有频率的影响可忽略不计,与干模态对比,湿模态下的固有频率有较显著下降.

摘要：本文主要通过数值模拟方法对不同叶轮叶片结构参数的模型泵进行研究,分析叶片攻角、叶片拱度、叶片侧斜角度、叶片纵斜角度对水力性能和空化性能的影响规律。结果表明,随着攻角增大,扬程总体呈上升趋势,减小攻角能使高效工况范围往小流量方向偏移,增大攻角能使高效工况范围向大流量方向偏移,攻角减小时扬程升高但临界空化余量增大,空化性能变差,攻角增大时扬程和空化余量都有所下降。随着相对拱度增大,泵扬程增加,增加幅度随流量增大而变大,小于设计流量的工况效率变化不大,大于设计流量的工况随着相对拱度增大而提升,提升幅度随流量增加而增大,但空化余量有小幅降低,空化性能有所提升。随着叶轮叶片侧斜角度增大,扬程和效率都有所下降,设计点的临界空化余量有所下降,空化性能变好。随着纵斜角度增大,大流量工况的扬程及效率下降,高效区向小流量区域偏移,空化余量却有所增大,空化性能降低。