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基于海水养殖的潮流能发电装置叶轮优化数值研究

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基于海水养殖的潮流能发电装置叶轮优化数值研究

作者：朱金月浙江海洋大学

学位级别：硕士

在适用于海水养殖的低流速海况下,提高潮流能发电装置的发电功率对海水养殖自动化智能化发展有着重要意义。为进一步提高水轮机发电功率,本文对垂直轴潮流能发电装置的旋转叶轮进行系统的设计,采用SST K-ω湍流模型和滑移网格技术设置... 详细信息

在适用于海水养殖的低流速海况下,提高潮流能发电装置的发电功率对海水养殖自动化智能化发展有着重要意义。为进一步提高水轮机发电功率,本文对垂直轴潮流能发电装置的旋转叶轮进行系统的设计,采用SST K-ω湍流模型和滑移网格技术设置数值模拟实验,计算潮流能发电装置各工况的发电功率。主要研究内容如下:(1)文章先对旋转叶轮端部的小翼结构进行几何划分,对安装小翼结构的三叶片水轮机进行建模,通过CFD软件进行数值模拟实验计算,用控制变量法分析不同小翼长度和不同小翼负旋角组合的小翼结构对水轮机整体发电功率的影响,并根据流场信息分析不同小翼结构水动力性能存在差异的原因。(2)在考虑小翼结构基础上,改变以往模拟实验中水轮机旋转叶轮的叶片数量,对叶片几何参数进行优化,明确几何参数改变,造成旋转叶轮叶片数量的变化,建立带有小翼结构的二叶片水轮机和四叶片水轮机几何模型,进行数值模拟实验计算,在其他条件不变的情况下,分析比较二叶片、三叶片与四叶片水轮机的水动力性能差异,并分析了差异存在的原因。(3)改变水轮机的旋转速度,探究来流速度为1m/s时,潮流能发电装置的发电潜力。通过以上模拟实验对比分析发现,在适合海水养殖的低流速海况下,该型潮流能发电装置在各工况下均有稳定的发电功率。实验结果表明:(1)在低流速低转速、叶轮旋转半径一定的情况下,叶轮小翼长度占水轮机旋转半径的26.80%,小翼负旋角70°的水轮机水动力性能最好,发电功率最高;(2)与三叶片水轮机相比,二叶片水轮机水动力性能较好,能量转换效率较高,四叶片水轮机水动力性能较差,能量转换效率较低;(3)水轮机发电功率随着叶轮旋转速度升高先增加后减小,在一定的转速范围内,提高叶轮的旋转速度可以显著的提升水轮机的发电功率。本文的研究内容为海水养殖设备供电问题提供了一种新的解决方案,本文的研究结论为该型潮流能发电装置的实际应用提供参考依据。

关键词：海水养殖设备供电潮流能发电装置叶轮优化低速流水动力性能

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贯流风幕机叶轮优化及其内流分析

贯流风幕机叶轮优化及其内流分析

作者：李艺铭华中科技大学

学位级别：硕士

风幕机是一种用于隔离室内外空气的送风机械,广泛应用于工业生产和日常生活中。随着经济结构向高质量发展转型,人们对于贯流风幕机风量和噪声质量的要求也越来越高,风幕机的叶轮也不再简单地采用已有空调室内机中的叶轮方案,其设计趋于... 详细信息

风幕机是一种用于隔离室内外空气的送风机械,广泛应用于工业生产和日常生活中。随着经济结构向高质量发展转型,人们对于贯流风幕机风量和噪声质量的要求也越来越高,风幕机的叶轮也不再简单地采用已有空调室内机中的叶轮方案,其设计趋于专门化。因此本文针对某型贯流式风幕机,结合数值计算、试验和优化算法以追求风幕机在固定规格下的大风量为目标,建立了一种较为完整的叶轮优化路线及实现流程,通过改变叶片数、内外圆周角、弦长、弯度、安放角以及叶轮安放位置,使得风机内流状况改善,风量有明显的提高。论文主要的研究内容:(1)对贯流式风幕机模型进行CFD数值计算并与性能测试实验结果进行对比,在两工况下流量误差均小于4%验证了数值方法的可靠性。对原型机流场进行分析,发现在叶轮左上侧、蜗舌左侧和叶轮内部靠近蜗舌的位置各存在一个涡流区,在涡流区附近的叶道内有少量叶道涡出现。(2)建立了一种基于参数化的贯流风机叶片型线四次贝塞尔曲线拟合模型,并利用MATLAB编程实现叶轮的生成。在此基础上对贯流叶轮的叶片数进行研究,结果表明叶片数过多和过少都会对风机性能产生负面影响,叶片数过少时做功能力下降且叶栅稠度低,会出现明显的叶道涡阻碍流动;叶片数过多时叶栅稠度大对整体流动造成堵塞。叶片为33时风机流量最大,相比原型机在高档下流动阻塞得到改善最大流量提升2.5%,在低档下提升3.4%。(3)在最优叶片数的基础上,建立了贯流风机叶片参数的多岛遗传算法优化模型,对内外圆周角、弦长、弯度、安放角五组参数进行寻优,得到优化后的叶轮参数组合使得风机内部叶道涡减弱,偏心涡范围缩小,流量提升;在高档下最大流量提升4.3%;在低档下流量提升3%。(4)在算法优化的基础上,研究叶轮在风幕机结构中的位置对流量以及流场的影响。分析发现偏心安装主要影响叶轮的进气冲角,优化空间有限。优化结果表明与偏心前结果相比,风机叶轮左上侧涡流区域缩小,蜗舌间隙增大导致偏心涡范围增大,射流区的流体受到背板的影响减弱,偏心涡附近的高速区范围扩大使流量略微提升。优化后风机在高档下最大流量提升了1%,在低档下流量提升1.1%。本文建立了全面的贯流风幕机叶轮综合优化路径,最终使得原型机在高档位时最大流量提高8%,在低档位时最大流量上升10%;与原型机内流状况相比,系列优化后风机的主要涡流区都有所缩小,进口处叶道涡数量减少,贯流区与射流区的流动分布更加均匀流动损失减少,优化效果显著。

关键词：贯流风机数值仿真气动性能叶轮优化遗传算法偏心匹配

微型低温离心泵叶轮优化设计方法及初步测试验证

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真空与低温 2021年第6期27卷 520-527页

作者：王鸽田桂程诚黄永华上海交通大学制冷与低温工程研究所上海200240 上海空间推进研究所上海201112 上海空间发动机工程技术研究中心上海201112

高效微型低温离心泵在航天低温推进剂在轨贮存、液化天然气计量加注等领域有着重要的应用。叶轮是离心泵的核心部件,直接影响泵的扬程、效率和稳定性,其优化设计是关键环节。目前国内外关于低温离心泵叶轮的优化设计多采用基于一元理论... 详细信息

高效微型低温离心泵在航天低温推进剂在轨贮存、液化天然气计量加注等领域有着重要的应用。叶轮是离心泵的核心部件,直接影响泵的扬程、效率和稳定性,其优化设计是关键环节。目前国内外关于低温离心泵叶轮的优化设计多采用基于一元理论和相似理论的模型换算法和速度系数法并结合数值仿真或工程经验进行。为节省研发成本、缩短研制周期,通过CFD仿真,验证了液氮和水两种流动介质下低温泵扬程曲线的相似性以及其他外特性曲线与介质物性参数的关系,采用制作简便的3D打印树脂叶轮进行微型低温离心泵叶轮优化的常温流体试验。在扬程、流量及效率等条件的协同约束下,确定了叶片数为6、叶片包角90°的叶轮最优方案,进而可以替换为金属材质并在后续进行低温工况测试。实验结果表明,本文所提出的微型低温离心泵叶轮快速迭代优化设计方法是可行和实用的。

关键词：低温离心泵叶轮优化 3D打印 CFD仿真

基于神经网络和遗传算法的高海拔柴油机离心压气机叶轮优化

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军事交通学院学报 2018年第7期20卷 39-43页

作者：董素荣刘卓学张众杰夏南龙刘瑞林陆军军事交通学院军用车辆工程系天津300161 陆军军事交通学院学员五大队天津300161

针对柴油机离心压气机在高海拔地区使用时性能下降的问题,采用人工神经网络与遗传算法相结合的方法,对压气机叶片前缘掠角及分流叶片周向位置进行优化设计,分析优化后叶轮的高海拔特性。结果表明:压气机主叶片及分流叶片前缘前掠6.27°... 详细信息

针对柴油机离心压气机在高海拔地区使用时性能下降的问题,采用人工神经网络与遗传算法相结合的方法,对压气机叶片前缘掠角及分流叶片周向位置进行优化设计,分析优化后叶轮的高海拔特性。结果表明:压气机主叶片及分流叶片前缘前掠6.27°、分流叶片与主叶片吸力面夹角12.09°对压气机高海拔性能的提升最为显著;海拔5 500 m时压比、效率及流量范围分别提高4.16%、2.63%及6.58%,平原及海拔3 500 m时的性能也同样得到改善。

关键词：高海拔离心压气机叶轮优化神经网路遗传算法

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干熄焦余热锅炉用给水泵优化设计

农业装备与车辆工程 2024年第3期62卷 148-152页

作者：郝迎宇王生举战继成郝迎旭徐秀生沈阳工业泵制造有限公司辽宁沈阳110027 沈工泵(沈阳)集团有限公司辽宁沈阳110027

针对干熄焦余热回收发电的抽汽量受下游负荷影响较大存在频繁波动,造成余热锅炉外供蒸汽量波动、锅炉压力波动、锅炉用高压给水泵处于间断或连续小流量(流量Q<30%设计点流量)运行状态,容易发生汽蚀、振动大、平衡盘研磨、轴承温度高等问... 详细信息

针对干熄焦余热回收发电的抽汽量受下游负荷影响较大存在频繁波动,造成余热锅炉外供蒸汽量波动、锅炉压力波动、锅炉用高压给水泵处于间断或连续小流量(流量Q<30%设计点流量)运行状态,容易发生汽蚀、振动大、平衡盘研磨、轴承温度高等问题,以DGB150-140×15型多级给水泵为研究对象,采用高稳定性、长轴转子结构系统设计方法,提高转子系统扭转刚度与强度;减弱泵的“二次回流”强度,确保泵在小流量工况的运行稳定性与可靠性;设计轴承托架与泵进口、出口段一体化结构及大、小平衡鼓组合平衡机构,确保稀油自润滑轴瓦、滚动轴承温度及振动均符合国家标准及国外客户要求。

关键词：干熄焦余热发电给水泵叶轮优化

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新能源汽车电子水泵结构优化设计研究

汽车测试报告 2024年第7期 70-72页

作者：李仕存郑州城市职业学院河南郑州452370

随着现代新能源汽车行业的发展,应用于新能源汽车中的电子水泵开始受到关注。在电子水泵实际设计与制造中,合理的结构优化可有效提升其运行效率,降低其机械能耗。该文概述新能源汽车电子水泵,分析新能源汽车电子水泵结构优化的必要性,... 详细信息

随着现代新能源汽车行业的发展,应用于新能源汽车中的电子水泵开始受到关注。在电子水泵实际设计与制造中,合理的结构优化可有效提升其运行效率,降低其机械能耗。该文概述新能源汽车电子水泵,分析新能源汽车电子水泵结构优化的必要性,提出新能源汽车电子水泵结构优化设计策略,以提升新能源汽车电子水泵结构设计水平。

关键词：新能源汽车电子水泵蜗壳优化叶轮优化

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小型前弯离心风机叶轮参数优化

湖南大学学报（自然科学版） 2022年第12期49卷 75-82页

作者：陈晋市师海月赵亚东奚博耿冬妮吉林大学机械与航空航天工程学院吉林长春130022 长春夸克普精汽车电子有限责任公司吉林长春130022

为了提高小型前弯离心风机的气动性能,以汽车座椅通风用离心风机为研究对象,采用数值模拟与正交试验相结合的方法,研究叶片数、叶片出口角、叶片进口角以及叶片厚度对离心风机气动性能的影响.基于小风量风机性能实验台,验证数值模拟结... 详细信息

为了提高小型前弯离心风机的气动性能,以汽车座椅通风用离心风机为研究对象,采用数值模拟与正交试验相结合的方法,研究叶片数、叶片出口角、叶片进口角以及叶片厚度对离心风机气动性能的影响.基于小风量风机性能实验台,验证数值模拟结果的正确性.选取三水平正交表L_(9)(3^(4))进行此次试验,建立了9种不同参数组合下的叶轮模型,以最大静压为优化目标,采用计算流体动力学方法,得到了最佳离心风机参数组合.对优化前、后离心风机内部流场的压力与速度分布进行了对比分析.由正交试验结果分析可知,各参数对离心风机最大静压影响的主次顺序为叶片出口角、叶片进口角、叶片数和叶片厚度;达到最大静压的参数组合为:叶片数55,叶片进口角95°,叶片出口角125°,叶片厚度0.8 mm.优化后离心风机的无因次特性曲线优于原有风机,在高效率区域静压可提高3.78%~10.67%,具有更好的气动性能.对比优化前、后离心风机内部流场的压力与速度分布可知,优化后的离心风机内部流场分布更加均匀,在叶轮进口处低压区的压力更低,速度更大,更有利于气流的进入.

关键词：离心风机正交试验叶轮优化计算流体动力学流场分布

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混流泵叶轮关键参数的优化设计

水泵技术 2023年第6期 34-38页

作者：强盼侯凯文上海凯泉泵业(集团)有限公司上海201800

文中采用数值分析与试验相结合的方法,通过给定不同叶片出口宽度、包角及盖板倾角3个关键参数,设计了12组叶轮方案,对比分析了上述关键参数对混流泵叶轮效率的影响,结果表明:较大的出口宽度能有效提高大流量点的效率,而大包角的采用对... 详细信息

文中采用数值分析与试验相结合的方法,通过给定不同叶片出口宽度、包角及盖板倾角3个关键参数,设计了12组叶轮方案,对比分析了上述关键参数对混流泵叶轮效率的影响,结果表明:较大的出口宽度能有效提高大流量点的效率,而大包角的采用对小流量工况下的流动能起到改善作用,且对于混流泵叶轮,盖板越“上抬”,设计点效率越高。采用上述结论对叶轮进行优化设计,并通过样机试验加以验证。文章通过对比关键参数对叶轮效率的影响,为混流泵叶轮的优化提供了设计思路。

关键词：混流泵叶轮优化包角盖板倾角出口宽度

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离心叶轮气动优化设计及分体式应用研究

离心叶轮气动优化设计及分体式应用研究

作者：马子超北京理工大学

学位级别：硕士

随着涡轮增压发动机的日渐普及,在涡轮增压器中两个关键部件就是压气机和涡轮。离心压气机则是涡轮增压器主要的进气方式。几十年的发展历史表明涡轮增压是提高发动机功率和改善经济性的有效的措施,它已成为当前内燃机发展的重要方向。... 详细信息

随着涡轮增压发动机的日渐普及,在涡轮增压器中两个关键部件就是压气机和涡轮。离心压气机则是涡轮增压器主要的进气方式。几十年的发展历史表明涡轮增压是提高发动机功率和改善经济性的有效的措施,它已成为当前内燃机发展的重要方向。本文利用数值手段对某增压器离心叶轮进行气动优化设计和新型分体式构型应用研究,主要开展了以下研究内容:首先对原型离心叶轮进行深入分析,计算对比了叶轮100%及90%转速特性曲线分布,讨论了流量-效率、流量-压比曲线的特点。并进一步对设计转速下的峰值效率点和近失速点进行详细的内部流动分析,寻找影响效率的因素和改型优化切入点。其次,根据原型的流动特性,对离心叶轮进行改型设计。分别针对叶轮子午流路及中弧线开展多种单、多目标优化设计,其效率可分别提升0.3%、0.2%,0.7%、0.7。对比分析了改型工作特性及内部流动改善机理。最后,在原型叶轮的基础上开展分体式离心叶轮设计、分析及优化。研究分体式离心叶轮设计方法,对比分体位置\宽度\时序等对叶轮性能影响,分析其气动性能。研究发现,在原型叶轮上直接分体的方式虽会增加气动损失,但能够梳理流动并使得出口处的速度分布更加均匀。在原型分体叶轮的基础上需进行改进优化设计,预期能降低损失,是下一步需开展的研究方向。

关键词：离心叶轮数值模拟叶轮优化分体式叶轮气动性能