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：叶片式气液混输泵是深海油气资源开采的核心装备,导叶对其输运性能影响较大,而混输泵导叶设计相关的研究很少。提出一种基于分段四次速度矩分布的叶片式气液混输泵导叶设计方法,利用三段四次函数控制导叶速度矩的分布规律,通过给定控制点流线长度及载荷等参数确定分布规律。将该设计方法应用到三级叶片式气液混输泵中,并选取轮毂前控制点载荷L_(1h)、轮毂前后控制点载荷差ΔL_(h)、轮缘前控制点载荷L_(1s)、轮缘前后控制点载荷差ΔL_(s)、前控制点流线长度m_(1)、后控制点流线长度m^(2)、起点载荷系数k_(0)等7个参数,对混输泵导叶进行7因素3水平的L_(18)(3^(7))正交优化。完成混输泵导叶设计和优化后,泵效率在单相和两相工况下分别平均提升6.73%和4.10%。优化前后的流场显示,导叶内流场低速区范围明显缩小,流动分离的范围和强度都受到了明显抑制。

摘要：气液混输是石油、天然气开采运输的核心技术,叶片式混输泵具有结构紧凑、运行工况宽、耐磨损等优点。我国叶片式混输泵的研究起步晚,发展较慢,系统深入的研究相对较少,设计理论尚不成熟。叶片式气液混输泵的能量特性受入口含气率、转速及介质黏性的影响。本文总结了叶片式混输泵在不同运行条件下的混输性能,介绍了叶片式混输泵的结构特点,阐述了叶片式混输泵的设计方法和性能优化的研究现状,综述了叶片式混输泵内部的两相流态发展规律、气液相间力作用机理及压力脉动变化规律的研究进展,并对叶片式混输泵未来的研究方向进行了展望。

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：为研究偏心圆柱绕流柱体的运动特征及其转化海流能等低流速流体能量的特性,开展了偏心圆柱绕流试验研究,测量了角度摆动、扭矩变化规律,分析了偏心圆柱的运动特征、水动力学性能,以及偏心圆柱绕流摆动动力学系统的混沌特性,计算了平均输出功率与能量转化效率。结果表明:偏心圆柱绕流摆动需要一定的启动流速,来流雷诺数大于一定数值时,发生偏心圆柱的摆动频率锁定现象;偏心圆柱绕流转化流体能量的效率与阻尼呈线性正比关系,随来流雷诺数的增大而减小,最大转化效率可达37%。偏心圆柱绕流摆动系统为一弱混沌系统,其运动规律可近似由线性方程拟合。依据斯特劳哈尔相似准则和拟合的运动规律预测了原型偏心圆柱绕流的运动规律和能量转化效率。研究成果可为海流能开发利用装备的设计研发提供理论基础和试验依据。

摘要：干气密封在高速时优异的动压性能使其应用范围从传统的压缩机、离心机等中高速设备逐渐扩大到航空发动机、(微型)燃气轮机等超高速设备中。基于实际超高速工况特点,对转速范围为10 000~120 000r/min时的干气密封性能进行了系统性仿真计算,结果发现:在一定几何参数和工况参数下,类似于气浮轴承的微振动现象,干气密封会出现疑似受气体压力波动流影响的开启力、泄漏量与转速非正相关变化的扰流现象,尤其在高压、大膜厚、小槽深时的扰流效应愈加显著;在转速持续增大过程中,干气密封微尺度流场会出现二次拐点现象,且一次拐点发生转速与设计参数有关,而二次拐点发生转速基本约为90 000r/min。同时结合导流织构的设计思路,进一步研究了超高速下干气密封槽底导流织构的驱动导流效应,结果表明:加设导流织构后,承载效果明显提高,拐点发生工况延后且压力波动区域被压缩。表明导流织构具有良好的抑制扰流、维持开启力与转速持续正相关的作用,在此基础上,进一步阐释了导流织构的抑扰机制,以期为突破干气密封在超高速工况下的应用壁垒提供新思路。

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：本文采用正交试验方法实现了离心泵的多目标优化设计。将水力效率和叶片表面最低压力作为设计目标,研究了叶片载荷分布对离心泵水力性能的影响。基于叶片载荷分布,选取了5个重要参数作为研究因素,采用五因素四水平的正交试验方案L_(16)(4~5).通过极差分析,讨论了叶片载荷中不同因素对离心泵性能的影响。应用数值模拟方法对离心泵的水力效率和叶片表面最低压力进行预测,优化方案的水力效率为91.09%,叶片表面最低压力为-35113 Pa,较原始方案,水力效率和叶片表面最低压力分别提高了1.5%和73.2%,优化效果明显。因此,合理控制叶片载荷分布,能够有效提高水力效率和叶片表面最低压力,明显改善了叶轮内部的流动不稳定性。

摘要：基于热力学、流体力学基本关系式,采用微积分变换,推导了超声速气体流动和明渠流动的相似模拟的基本公式,总结了相似参数的对应关系、限制条件及应用范围。基于特征线法设计了喷管,并设计搭建了明渠水流试验台,采用高速相机和压力脉动传感器,完成了明渠空腔水流流动的试验。试验结果表明,弗劳德数为2.0、流量为11 m3/h的空腔流动,其压力脉动主频为2.09 Hz。本文通过试验验证了可压缩气体流动与明渠水流流动之间的相似性,该研究方法在国防工业中具有广阔的应用前景。

摘要：我国黄河沿线取水泵站水泵机组存在严重的泥沙磨损问题。研究对象为一双吸离心泵,采用固液两相流数值模拟预测了泵内粒子运动规律和磨损特性。结果表明:流量对转轮内粒子的运动特性和磨损特性有着显著的影响。在不同流量工况下,转轮内的磨损位置和磨损率明显不同,叶片壁面总磨损率与流量工况成正相关变化,随流量的增加而增加。在小流量工况下,转轮内存在的漩涡和二次流对颗粒的轨迹有较大的影响。漩涡的存在会改变粒子浓度分布,加剧局部的摩擦磨损。研究结果为泵内磨损预测和设计提供理论指导,具有重要的学术意义和工程价值。