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双吸泵作液力透平叶轮内非定常流动DMD分析

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农业机械学报 2024年第6期55卷 150-158页

作者：苗森春刘乐琪王晓晖杨军虎吴江波兰州理工大学能源与动力工程学院兰州730050

为了精确分析双吸泵作液力透平叶轮内的非定常流动特性,采用SST k-ω湍流模型在设计工况下进行数值模拟。对一个周期的非定常速度场进行动态模态分解(DMD),并结合Q准则,得到前4阶主要模态及其相应的时空信息。分析结果表明:DMD方法将叶... 详细信息

为了精确分析双吸泵作液力透平叶轮内的非定常流动特性,采用SST k-ω湍流模型在设计工况下进行数值模拟。对一个周期的非定常速度场进行动态模态分解(DMD),并结合Q准则,得到前4阶主要模态及其相应的时空信息。分析结果表明:DMD方法将叶轮内复杂的流场特征分解为动静干扰模态、基本模态和耗散模态。其中动静干扰模态占主导地位,频率为叶轮旋转频率,反映出叶轮内流动受静止部件干扰的流动特征,涡结构主要为点状涡和不连续的管状涡;基本模态频率为0Hz,反映出叶片流道几何特征引起的稳态流场特征,涡结构主要为连续的管状涡;3阶及4阶模态为耗散模态,反映出叶轮内流动受静止部件干扰,在叶片上产生的流动分离及不稳定涡结构脱落的特征,以片状涡和不连续的管状涡为主。在特定频率下DMD方法可以对叶轮流场结构进行分解,能够清楚地分析双吸泵作液力透平叶轮内复杂流场的非定常特性。

关键词：双吸泵作液力透平非定常流动动态模态分解相干结构 Q准则

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基于熵产理论的隔舌几何特征对低比转速PAT能量损失的影响

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中国农村水利水电 2024年

作者：杨军虎宋丹玉李佳旭胡亚男王世成方嘉诚兰州理工大学能源与动力工程学院甘肃省流体机械及系统重点实验室

为了探究蜗壳隔舌对泵作透平的水力性能影响，提高泵反转透平的性能。以一比转速为69的单级单吸离心泵反转作透平为研究对象。对隔舌安放角和隔舌半径等几何特征设计了包含原模型在内的9种方案，采用SST k-ω模型，对各方案进行全流道... 详细信息

为了探究蜗壳隔舌对泵作透平的水力性能影响，提高泵反转透平的性能。以一比转速为69的单级单吸离心泵反转作透平为研究对象。对隔舌安放角和隔舌半径等几何特征设计了包含原模型在内的9种方案，采用SST k-ω模型，对各方案进行全流道数值模拟，并引入熵产诊断分析方法，分析各方案下透平的压头、效率以及内部流场的变化规律。研究结果表明：在透平叶轮及其他部件不变的情况下，当蜗壳隔舌安放角在一定范围内增大时，在较大流量范围内，液力透平的压头明显会减小；在该透平中，当隔舌半径为1.5mm时，叶轮与蜗壳内部的熵产损失减小，使透平效率增加。

关键词：泵作透平水力性能蜗壳隔舌内流场熵产分析

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液力透平仿生V型槽叶片的减阻机理研究

中国农村水利水电 2024年

作者：杨军虎胡亚男王鸣帅宋丹玉方嘉诚李佳旭兰州理工大学能源与动力工程学院甘肃省流体机械及系统重点实验室

为了研究叶片仿生表面对液力透平性能的影响，基于鲨鱼皮肤表面结构的减阻特性，设计三种不同尺寸的V型槽，将其布置在透平工作面进口前段三分之一处。利用RNG k-ε湍流模型对液力透平进行数值模拟及试验验证，研究不同流量下液力透平... 详细信息

为了研究叶片仿生表面对液力透平性能的影响，基于鲨鱼皮肤表面结构的减阻特性，设计三种不同尺寸的V型槽，将其布置在透平工作面进口前段三分之一处。利用RNG k-ε湍流模型对液力透平进行数值模拟及试验验证，研究不同流量下液力透平的外特性、叶片壁面剪应力及透平内流特性。结果表明：与光滑表面叶片相比，三种V型槽叶片液力透平的水力效率均有提高。V型槽能够降低叶片近壁面流体的速度梯度，使流体与壁面之间的摩擦阻力减小，叶轮内湍动能减小，降低了能量耗散。1.125QBEP工况时，s=1.5mm的V型槽液力透平水力效率增幅最大，为1.8%，V型槽叶片壁面剪应力降幅最大达43.97%。

关键词：液力透平仿生叶片 V型槽剪应力性能

基于熵产理论的轴流泵作液力透平内部能量损失机制

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西华大学学报(自然科学版) 2024年

作者：苗森春吴豪王晓晖史凤霞杨军虎兰州理工大学能源与动力工程学院

为研究轴流泵作液力透平熵产损失机制，以轴流泵作液力透平为研究对象，基于熵产理论对不同流量工况下的轴流泵作液力透平各过流部件的熵产损失进行定量分析，并具体分析叶轮和出口段的熵产损失机制。结果表明：在不同流量工况下，叶轮... 详细信息

为研究轴流泵作液力透平熵产损失机制，以轴流泵作液力透平为研究对象，基于熵产理论对不同流量工况下的轴流泵作液力透平各过流部件的熵产损失进行定量分析，并具体分析叶轮和出口段的熵产损失机制。结果表明：在不同流量工况下，叶轮熵产损失和出口段熵产损失是整机熵产损失的主要过流部件，叶轮区域内部流动过程的流动分离、低速区域和尾迹流是导致叶轮熵产损失的主要原因，出口段尾水锥下游区域由于叶轮出口处富裕的速度环量产生涡带是导致出口段熵产损失的主要原因。

关键词：轴流泵作液力透平熵产理论熵产损失叶轮出口段

排气孔参数及叶顶间隙对除气泵性能影响的研究

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液压气动与密封 2024年第4期44卷 8-14页

作者：周鹏程杨军虎徐金鹏马俊兰州理工大学能源与动力工程学院甘肃兰州730050 甘肃省流体机械及系统重点实验室甘肃兰州730050

以一种由半开式离心主泵和内置液环真空泵组合而成的新型半开式除气泵为研究对象,探究其离心叶轮后盖板开设的排气孔的参数以及叶顶间隙对此泵除气性能的影响,由孔径d、孔的径向位置r、孔的周向位置θ、叶顶间隙δ组成四因素三水平的9... 详细信息

以一种由半开式离心主泵和内置液环真空泵组合而成的新型半开式除气泵为研究对象,探究其离心叶轮后盖板开设的排气孔的参数以及叶顶间隙对此泵除气性能的影响,由孔径d、孔的径向位置r、孔的周向位置θ、叶顶间隙δ组成四因素三水平的9组正交试验方案,通过正交试验探究出各因素的最优组合方案,得到最终的优化组合方案为d=19 mm,r=70 mm,θ=20°,δ=0.6 mm。对比设计流量下优化除气泵与初始除气泵的除气率发现,优化除气泵的除气率提高了22.82%,达到了优化除气泵性能的目的。观察优化前后除气泵内流场的变化发现,优化除气泵离心叶轮流道内的气相聚集区域更少,湍动能更小,由此可见合理地布置排气孔以及调整叶顶间隙可以改善除气泵内的气液两相分布情况与流动状态,进而提升泵的性能。

关键词：排气孔叶顶间隙除气泵气液两相流正交试验

黏性条件下基于导叶和叶轮匹配关系的多级导叶式离心泵PAT性能预测

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液压气动与密封 2024年第7期44卷 14-19页

作者：马俊杨军虎徐金鹏周鹏程兰州理工大学能源与动力工程学院甘肃兰州730050 甘肃省流体机械及系统重点实验室甘肃兰州730050

在实际流程工业中,用单级蜗壳式离心泵反转作透平无法有效地从高压液体系统中回收能量,需采用多级导叶式离心泵反转作透平来回收这部分能量,而现阶段理论不能预测多级导叶式离心泵在透平工况下最优工况点性能参数。此外,离心泵作透平回... 详细信息

在实际流程工业中,用单级蜗壳式离心泵反转作透平无法有效地从高压液体系统中回收能量,需采用多级导叶式离心泵反转作透平来回收这部分能量,而现阶段理论不能预测多级导叶式离心泵在透平工况下最优工况点性能参数。此外,离心泵作透平回收液体余压能量时,实际流道内液体往往具有一定的黏度,介质黏度的变化会导致其在透平工况下最优工况点的性能参数较介质为清水时会有差异。为研究实际工业流程中多级导叶式离心泵的选型问题,借鉴离心泵叶轮和压水室的匹配原理和ISO国际标准《输送黏性介质离心泵的性能修正》的修正方法,理论推导了黏性条件下基于导叶与叶轮匹配关系的性能预测公式,得到介质为黏性液体时泵工况与透平工况之间的流量之比与扬程之比,通过数值模拟的方法验证理论推导的准确性。结果表明,性能预测公式得到的流量之比与数值模拟方法得到的流量之比的误差在4%~6%,而扬程之比与数值模拟结果之间的误差在2%~7%。证明研究可为多级导叶式离心泵作透平用于回收黏性液体中余压能量时的选型提供依据。

关键词： PAT 性能预测最优工况点无量纲系数黏性介质

复合叶轮出口角及分流叶片偏置对高速燃油泵性能的影响研究

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液压气动与密封 2024年第1期44卷 52-57页

作者：徐金鹏杨军虎周鹏程马俊兰州理工大学能源与动力工程学院甘肃兰州730050 甘肃省流体机械及系统重点实验室甘肃兰州730050

为研究叶轮出口角以及分流叶片布置方式对高速超低比转速燃油泵扬程和效率的影响规律,选取复合叶轮的4个因素,叶片出口角β_(2)、叶片数z、分流叶片周向偏置度θ和偏转角α,基于正交试验设计法设计16组不同参数及结构的复合叶轮,对正交... 详细信息

为研究叶轮出口角以及分流叶片布置方式对高速超低比转速燃油泵扬程和效率的影响规律,选取复合叶轮的4个因素,叶片出口角β_(2)、叶片数z、分流叶片周向偏置度θ和偏转角α,基于正交试验设计法设计16组不同参数及结构的复合叶轮,对正交试验结果进行极差分析后得出各因素对扬程和效率的影响规律以及主次顺序,并最终得到高速燃油泵复合叶轮的最佳设计方案。其次,基于CFD数值模拟对常规无分流叶片设计方案与最佳设计方案进行外特性及流场分析,结果表明:最佳方案的扬程和效率在整个模拟工况内均有所提升,其中在实际工况Q为0.5 m~3/h下扬程较常规方案提高了10.4%,效率提高了4.8%。除此之外,最佳方案实际工况下的内流场压力分布与速度分布更加均匀,有效削弱了叶轮流道内的大尺度旋涡以及间隙泄漏对主流的干扰作用。

关键词：高速燃油泵超低比转速复合叶轮正交试验数值模拟

双吸泵作液力透平时叶轮内部能量损失机理分析

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农业工程学报 2022年第22期38卷 12-22页

作者：苗森春罗文王晓晖杨军虎兰州理工大学能源与动力工程学院兰州730050 江苏双达泵阀集团有限公司靖江214500

叶轮是双吸泵作液力透平的核心部件,其性能决定着液力透平的能量回收能力。为研究液力透平叶轮内部能量损失机理,该研究基于熵产理论和数值模拟,采用剪切应力传输(Shear-Stress Transport,SST) k-ω湍流模型,分析了不同流量下液力透平... 详细信息

叶轮是双吸泵作液力透平的核心部件,其性能决定着液力透平的能量回收能力。为研究液力透平叶轮内部能量损失机理,该研究基于熵产理论和数值模拟,采用剪切应力传输(Shear-Stress Transport,SST) k-ω湍流模型,分析了不同流量下液力透平各过流部件的能量损失规律。结果表明:叶轮流道内部不稳定流动造成的能量损失和近壁区的内摩擦效应引起的能量损失是整机水力损失产生的主要组成部分;叶轮内部的流动分离、漩涡、动静干涉、强曲率流动以及尾水室内部的死水区对叶轮内部流动状态的反作用等会对能量损失产生较大影响,且平均损失占比高达41%;叶轮近壁区的能量损失主要由叶片和前后盖板与流体间的相互作用导致。研究结果可为双吸液力透平的水力优化设计提供参考。

关键词：叶轮熵能量损失双吸泵作液力透平湍流损失壁面损失

基于RBF-HDMR模型与PSO算法的液力透平叶片优化

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机械工程学报 2022年第12期58卷 283-292页

作者：姜丙孝杨军虎王晓晖苗森春兰州理工大学能源与动力工程学院兰州730050 甘肃省流体机械及系统重点实验室兰州730050

针对泵反转作透平时效率偏低的问题,提出将径向基函数与高维模型表示方法结合的混合模型用于液力透平性能优化。以液力透平叶轮叶片为研究对象,用Bezier曲线将叶片型线参数化,分离出代理模型的自变量并确定模型的训练区间,结合Matlab、C... 详细信息

针对泵反转作透平时效率偏低的问题,提出将径向基函数与高维模型表示方法结合的混合模型用于液力透平性能优化。以液力透平叶轮叶片为研究对象,用Bezier曲线将叶片型线参数化,分离出代理模型的自变量并确定模型的训练区间,结合Matlab、Creo和Fluent软件构建基于叶片型线控制变量的液力透平效率预测代理模型,运用粒子群算法对构造的代理模型在训练区间内全域寻优得出液力透平的最优效率点及对应的叶片几何参数,分别用数值模拟和试验研究的方法验证代理模型的预测数据。结果表明,经代理模型优化后的液力透平数值模拟性能曲线与试验结果大体相符,在最优工况点,优化后的液力透平数值模拟效率值较原型液力透平提升了4.78%,轴功率提升了6.22%;试验效率值较原型液力透平提升了3.7%,轴功率提升了4.8%。

关键词：液力透平叶片优化径向基函数高维模型表示方法粒子群算法