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不同叶片数下混流泵加速流特性及其空化机理研究

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不同叶片数下混流泵加速流特性及其空化机理研究

作者：顾琦江苏大学

学位级别：硕士

近年来,我国在新一代潜艇武器发射装置中利用混流泵发射鱼雷,在潜艇发射鱼雷时,混流泵一直处于加速阶段,此过程中转速和扬程等参数发生剧烈变化,泵的内部流场也具有强烈的瞬态现象。潜艇处在系泊状态时,由于潜水深度较低,泵装置进口压... 详细信息

近年来,我国在新一代潜艇武器发射装置中利用混流泵发射鱼雷,在潜艇发射鱼雷时,混流泵一直处于加速阶段,此过程中转速和扬程等参数发生剧烈变化,泵的内部流场也具有强烈的瞬态现象。潜艇处在系泊状态时,由于潜水深度较低,泵装置进口压力较低,在启动过程中极易发生空化。混流泵加速流空化的产生会直接降低鱼雷发射质量,对潜艇工作将会构成极大的威胁。本文在国家自然科学基金“混流泵加速流工况瞬态空化形态及其诱导水力振荡特性研究(51579118)”的资助下,以比转速n=829的原型泵等比例缩放1.5倍得到的高比转速混流泵为研究对象,研究混流泵启动过程中的瞬态空化特性,探讨了不同叶片数下混流泵启动过程中的瞬态空化特性,主要工作和创新点如下:(1)采用瞬态压差理论模型,建立了混流泵瞬态水力性能方程与瞬态条件下的管路特性方程,并进行了数值求解,得到了混流泵在启动过程中瞬态扬程曲线。同时,将理论模型求解的结果与瞬态试验结果进行对比分析,结果吻合较好,验证了理论模型的适用性。(2)针对不同叶片数混流泵启动过程瞬态空化特性进行数值模拟,对在流量工况(Q=1.0Q),启动时间(T=2s),进口压力(P=50kPa)进行分析。研究不同叶片数下混流泵叶顶区空化形态演变过程、叶片表面载荷分布、泄漏涡空间结构及泄漏涡平面结构变化。模拟结果表明,随着叶片数的增加,空化体积减小,初生空化出现延迟;三叶片叶轮叶顶区最先开始出现片状附着空化,随着转速的增大,在叶顶区首先出现叶尖刮起涡空化,之后发生叶顶泄漏涡空化,在启动完成时,此时叶顶区空化区域进一步变大,形成了类似三角形的空泡云;加速完成后,可以发现叶顶区开始出现二次泄漏涡空化,并与三角空泡云汇合,三角形空泡云迅速增大。叶片表面上的空化区域,首先在加速阶段,从叶片背面(吸力面)前缘开始出现,并且逐渐向叶片中部迁移,加速完成后,叶片表面空化得到抑制,随后仅在轮缘处出现空化区域。(3)通过增加混流泵叶片数,叶片背面空化区域逐渐减小,在加速完成后,叶片背面空化区域消失,但是在叶片工作面出现片状空化,这可能由于液流角发生变化,导致冲角减小,负冲角导致叶片前缘回流空化。但对于叶顶区空化形态,发现空化面积并未发生减小。对于空间泄漏涡结构分析,发现随着叶片数增加,尾缘涡结构减小,五叶片中尾缘涡结构消失。通过泄漏涡平面结构的发展过程,发现随着叶片数增加,角涡提前出现,并且在转速稳定后,叶顶泄漏涡结构变得扁平并且向叶片背面靠近。(4)搭建了混流泵启动过程瞬态空化特性试验台,进行了稳态性外特性、进出口瞬态压力脉动测量及高速摄影等一系列试验。采用连续小波分析方法,对压力脉动测量试验结果进行分析处理,得到了各频率成分随时间的变化,反映了启动过程瞬态空化的时频特征。当混流泵进口压力较低时,对于进口监测点的时频谱分析,发现三叶片叶轮在加速阶段主频为10Hz以下低频,主频存在线性增加的频段,加速完成后,叶频分量还是存在,轴频分量逐渐减弱。四叶片叶轮在启动过程中主要是低频分量。五叶片叶轮启动过程中主要以低频为主,但当泵转速稳定后,轴频的强度逐渐增强。对于导叶出口测点的时频谱的分析,发现三、四、五叶片叶轮均是低频分量为主,对于转速稳定后,其轴频强度显著减弱,旋转效应被抑制。当泵启动时间较长时,对于四叶片叶轮进口监测点,发现在加速过程中出现了特征频率,将可能使机组产生异常振动,导叶出口监测点在启动过程中的主频以低频为主,五叶片叶轮在进出口监测点,发现在启动过程中同步出现了两个特征频率,然后同时线性增长至轴频和50Hz频率。在小流量工况下,三叶片叶轮进口监测点在启动过程中的主频为低频,转速稳定后,主频为轴频,次频为叶频。对于四叶片叶轮进口监测点,全时段主频为轴频,对于导叶出口监测点还是低频占据主要频段,转速稳定后,主频约为40Hz。对于五叶片叶轮进口和导叶出口监测点,在加速过程中,主频为低频,对于转速稳定后,叶轮进口主频为轴频,导叶出口并无较强且稳定的频率成分,这些系统的试验结果为实型泵瞬态发射提供了依据和指导。(5)采用了高速摄影试验方法,拍摄并分析了三叶片叶轮启动过程下的叶顶区的空化现象。试验结果表明,泵启动过程中,叶片前缘刮起涡空化为初生空化,然后,叶片轮缘间隙空化与叶顶泄漏涡空化相继出现。在启动末期均出现了空化云,主要由两部分组成,一部分为前缘刮起涡空化,一部分为类似三角形的空化云,并且三角形空化云主要由泄漏涡空化,间隙空化和叶顶射流剪切层空化这三部分组成。随着空化数降低,垂直空化涡出现时间得到提前。同一空化数下,随着流量的减小,泵内空化强度减弱。在0.6Q下,启动末期时,空化区域并未增加,反而减小,但是在进口处出现回流涡空化现象。叶片数增加后,发现在叶顶区空化初生得到延迟,在加速完成时,五叶片叶顶区出现垂直空化涡脱落现象。当泵进口压力降低,三种叶片数叶轮的空化初生时间均提前,空化状况变得严重,五叶片叶轮泄漏涡空化现象明显,四叶片在空泡云尾部出现脱落

关键词：叶片数混流泵启动过程瞬态空化数值模拟高速摄影

甘蓝型油菜叶片数和生物量的全基因组关联分析

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甘蓝型油菜叶片数和生物量的全基因组关联分析

作者：何磊磊华中农业大学

学位级别：硕士

饲料油菜在我国应用前景广阔,饲料油菜专用（兼用）品种选育工作相对滞后。对油菜种质资源生物量及叶片相关性状进行表型变异分析,建立种质综合评价体系,并对油菜群体的营养生长期间生物量和叶片数进行关联分析,发掘饲料油菜品种生物量... 详细信息

饲料油菜在我国应用前景广阔,饲料油菜专用（兼用）品种选育工作相对滞后。对油菜种质资源生物量及叶片相关性状进行表型变异分析,建立种质综合评价体系,并对油菜群体的营养生长期间生物量和叶片数进行关联分析,发掘饲料油菜品种生物量相关的基因,对饲料油菜品种的选育具有重要意义。以395份国内外收集的甘蓝型油菜组成的群体材料,在湖北武汉和新疆石河子两个环境下对生物量及叶片数等性状进行考察,进行相关性分析、主成分分析和回归分析,明确了影响营养生长的关键性状。同时利用混合线性模型进行全基因组关联分析,鉴定与营养生长期间生物量和叶片数相关的显著变异位点,预测调控油菜生物量和叶片数的候选基因。主要结果如下:1.对核心种质两个不同环境下的性状进行比较发现,武汉试验点薹期鲜重表型变异大于石河子试验点,武汉薹期干重表型变异小于石河子试验点。武汉试验点花期生物量表型变异小于石河子试验点,叶片数表型变异比石河子试验点丰富,武汉与石河子试验点间生物量和各类型叶片数基因型分布频率存在差异。主成分分析把13个一级指标归为5个主成分,累计贡献率84.77%。采用逐步回归分析筛选出7个性状,薹期干重、薹期鲜重、花期鲜重、薹期总叶数、薹期短柄叶数、花期总叶数、花期无柄叶数,影响油菜种质营养期生长的关键指标。2.对群体材料表型性状利用混合线性模型进行全基因组关联分析,薹期生物量和花期生物量均共检测到14个显著变异位点;薹期各类型叶片数共检测到47个显著变异位点,薹期总叶数共检测到25个显著变异位点,薹期绿叶数和落叶数分别共检测到6个和2个显著变异位点,而薹期短柄叶数和长柄叶数分别共检测到6个和8个显著变异位点。花期各类型叶片数共检测到11个显著变异位点,花期绿叶数、花期落叶数、花期总叶数、花期短柄叶数检测到显著变异位点个数分别为3、2、2、4。3.根据关联分析显著关联位点上下游150kb范围内筛选生物量与叶片数相关的候选基因。17个基因与薹期鲜重有关:其中包括光合作用调节、生长素信号激活通路及与生长素结合、细胞代谢正调控相关的基因。49个基因与薹期干重有关:其中包括胞质小泡组成、与细胞对非生物刺激反应、与蛋白质二聚体活性、有机环状化合物反应相关的基因。34个基因与花期鲜重有关:其中与包括营养水平反应负调节、氮化合物代谢过程调节、二硫化物氧化还原酶活性相关的基因。35个基因与花期干重有关:其中包括与细胞质外体组成、多糖生物合成、对细菌防御反应相关的基因。51个基因与薹期绿叶数有关:其中包括与叶片发育、细胞质外体组成、木聚糖代谢过程、线粒体组成、一元羧酸代谢相关的基因。5个基因与薹期落叶数有关,其中包括与细胞衰老代谢负调控、嘌呤糖核苷酸代谢相关的基因。44个基因与薹期总叶数有关:其中包括与阴离子跨膜转运蛋白活性、碳利用、叶片形态发生调控、碳水化合物转运、碳水化合物生物合成过程相关的基因。30个基因与薹期短柄叶数有关:其中包括与细胞壁果胶代谢过程、对营养水平反应、生殖过程调节相关的基因。30个基因与薹期长柄叶数有关:其中包括与脱落酸激活信号通路负调控、核酮糖二磷酸羧化酶活性、氧化还原过程相关的基因。22个基因与花期绿叶数有关:其中包括与温度刺激反应、细胞质外体组成相关的基。15个基因与花期落叶数有关:其中包括与脱落酸转运、脱落酸生物合成等相关的基因。14个基因与花期短柄叶数有关:其中包括对光刺激的反应、细胞分裂素生物合成过程相关的基因。

关键词：饲料油菜叶片数生物量全基因组关联分析

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叶片数对煤粉燃烧机燃烧性能的影响分析

山西煤炭 2021年第3期41卷 9-14页

作者：李建新中国煤炭科工集团太原研究院太原030006 山西天地煤机装备有限公司太原030006

以沥青搅拌站设备煤粉燃烧机为研究对象,分析其旋流器叶片数对煤粉燃烧机燃烧性能的影响规律。基于旋流风产生原理及煤粉燃烧机工作原理,构建旋流式煤粉燃烧机内部流场模型,运用CFD软件对煤粉燃烧机内部场燃烧过程进行数值模拟。以旋流... 详细信息

以沥青搅拌站设备煤粉燃烧机为研究对象,分析其旋流器叶片数对煤粉燃烧机燃烧性能的影响规律。基于旋流风产生原理及煤粉燃烧机工作原理,构建旋流式煤粉燃烧机内部流场模型,运用CFD软件对煤粉燃烧机内部场燃烧过程进行数值模拟。以旋流器叶片数为影响因素,分析其对煤粉燃烧机内部污染物质量分数分布、颗粒运动轨迹的影响规律。结果表明:当旋流器叶片数在[8,10]时,整个计算域上各生成物均无明显变化;当旋流器叶片数在(10,12]时,燃烧器内部漩涡扩散到两端导致高温烟气的回流与卷吸效果降低,使得燃烧器内部的燃烧变缓慢,从而降低了燃烧效率,并且NO排放量增加。

关键词：煤粉燃烧机叶片数数值模拟旋流

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叶片数对离心泵性能影响的数值模拟

当代化工 2021年第5期50卷 1136-1139页

作者：毕智高张玲玲贾冰张晓刚榆林学院化学与化工学院榆林719000 陕西省低变质煤洁净利用重点实验室榆林719000 中国石油新疆油田油气储运公司克拉玛依834002

基于N-S方程和标准k-ε湍流模型,对同一蜗壳分别匹配叶片数为4、6、8的3种叶轮离心泵以清水为介质进行数值模拟,获得了离心泵的外特性及静压分布。结果表明:相同流量下,H(Z=6)>H(Z=8)>H(Z=4),P(Z=8)>P(Z=6)>P(Z=4);在80~120 m^(3)·h^(... 详细信息

基于N-S方程和标准k-ε湍流模型,对同一蜗壳分别匹配叶片数为4、6、8的3种叶轮离心泵以清水为介质进行数值模拟,获得了离心泵的外特性及静压分布。结果表明:相同流量下,H(Z=6)>H(Z=8)>H(Z=4),P(Z=8)>P(Z=6)>P(Z=4);在80~120 m^(3)·h^(-1)流量范围内,η(Z=6)>η(Z=4)>η(Z=8);在40~80m^(3)·h^(-1)流量范围内,η(Z=4)>η(Z=8)>η(Z=6)。叶片数的增加使泵内流动更加稳定,存在恰当叶轮叶片数使得离心泵综合性能最佳。

关键词：离心泵叶片数数值模拟

叶片数与分流叶片长度对小型压缩机性能影响研究

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风机技术 2021年第S1期63卷 26-31页

作者：王弼饶杰常超陈启明胡四兵黄文俊王枭孙丽娟合肥通用机械研究院有限公司压缩机技术国家重点实验室

以一种小型压缩机的叶轮为研究对象,运用数值模拟的方法研究叶片数和分流叶片长度对叶轮性能的影响。研究发现:叶片数较少,会增大叶片的当量脚,使得叶片边界层增厚,叶轮效率下降;叶片数过多,叶片在做功过程中会使得气体的摩擦损失和叶... 详细信息

以一种小型压缩机的叶轮为研究对象,运用数值模拟的方法研究叶片数和分流叶片长度对叶轮性能的影响。研究发现:叶片数较少,会增大叶片的当量脚,使得叶片边界层增厚,叶轮效率下降;叶片数过多,叶片在做功过程中会使得气体的摩擦损失和叶片阻塞增加,因此存在一个最佳叶片数,以该叶轮而言,最佳稠密度为1.9,叶片数为18时,叶轮的性能最好;分流叶片的长度对叶轮性能也有一定的影响,当短叶片与长叶片垂直长度比为0.7时,叶轮性能较好。

关键词：叶片数分流叶片稠密度叶轮性能

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叶片数对轴流泵水力性能的影响

水利科技与经济 2018年第6期24卷 47-52页

作者：顾丽琼潘张宇陈新华顾梅芳江阴市水利工程公司江苏无锡214431 江阴市白屈港水利枢纽管理处江苏无锡214400 江阴市南闸水利农机服务站江苏无锡214431 江阴市重点水利工程建设管理处江苏无锡214431

采用基于CFD数值模拟计算的方法研究叶轮叶片数和导叶叶片数对轴流泵水力性能的影响。对轴流泵的水力性能曲线进行数值计算并分析。结果表明,轴流泵的扬程随着叶轮叶片数的增加而增加,但并不是严格随着叶片的多少成比例升高,轴流泵效率... 详细信息

采用基于CFD数值模拟计算的方法研究叶轮叶片数和导叶叶片数对轴流泵水力性能的影响。对轴流泵的水力性能曲线进行数值计算并分析。结果表明,轴流泵的扬程随着叶轮叶片数的增加而增加,但并不是严格随着叶片的多少成比例升高,轴流泵效率随着叶轮叶片数的减小而增大,必需汽蚀余量随着叶轮叶片数的减小而增大。不同导叶叶片数下泵段扬程基本保持一致,说明导叶在进行配套设计完成后,单改叶片数对扬程影响很小,但是对效率影响较大,特别是大流量工况叶片数越多,效率越低。

关键词：叶片数水力性能数值计算

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叶片数对离心油泵叶轮切割定律的影响

排灌机械 2003年第6期21卷 6-10页

作者：李文广叶志明苏发章兰州理工大学能源与动力工程学院

选择65Y60型离心油泵为对象,对叶轮切割定律以及叶片数的影响规律进行了实验研究。研究表明,流量、扬程、轴功率和效率切割指数具体数值都与普通清水离心泵不同。最优工况的流量、扬程、轴功率和效率切割指数明显依赖于液体粘度和叶轮... 详细信息

选择65Y60型离心油泵为对象,对叶轮切割定律以及叶片数的影响规律进行了实验研究。研究表明,流量、扬程、轴功率和效率切割指数具体数值都与普通清水离心泵不同。最优工况的流量、扬程、轴功率和效率切割指数明显依赖于液体粘度和叶轮切割量,粘度越高,切割量越少,与现有清水离心泵理论切割指数偏离越大。当切割量增大时,切割指数有向理论切割指数靠近的趋势。叶片数对扬程切割指数的影响最大,对流量切割指数影响较小,对轴功率和效率切割指数影响最小。

关键词：离心油泵叶轮切割叶片数 65Y60型

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叶片数和安装角对氦气压缩机性能影响研究

机械工程师 2019年第12期 26-28,31页

作者：陈卓卿德藩唐德文南华大学机械工程学院

使用ANSYS软件对主氦风机的叶轮进行模型建立和数值模拟,分别对叶轮的叶片出口安装角为27.5°~37.5°和叶片数为15~19的氦气压缩机进行建模和仿真计算,分析叶轮叶片出口安装角和叶片数对氦气压缩机内部流场和效率的影响。结果表明:随着... 详细信息

使用ANSYS软件对主氦风机的叶轮进行模型建立和数值模拟,分别对叶轮的叶片出口安装角为27.5°~37.5°和叶片数为15~19的氦气压缩机进行建模和仿真计算,分析叶轮叶片出口安装角和叶片数对氦气压缩机内部流场和效率的影响。结果表明:随着叶片出口安装角的增大,叶轮的出口压力增加,但压缩机的多变效率下降;随着叶轮叶片数的增加,叶轮出口压力增加,在70%设计流量工况下,减少叶轮叶片数会导致压缩机多变效率下降;当流量大于设计流量时,增加叶片数则导致压缩机多变效率下降。

关键词： HTR-PM主氦风机离心压缩机叶片出口安装角叶片数数值模拟

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叶片数及分流叶片位置对离心泵性能的影响

兰州理工大学学报 2008年第2期34卷 45-48页

作者：黎义斌张德胜赵伟国敏政兰州理工大学流体动力与控制学院甘肃兰州730050 江苏大学流体中心江苏镇江212013

应用CFD流场数值计算程序对两类不同长叶片、两类不同长短叶片和一类超短叶片配置的离心泵进行数值模拟,讨论叶片数、分流叶片不同径向位置及周向位置对离心泵内流场及整机性能的影响.结果表明,选择合理的叶片数和分流叶片的径向及周向... 详细信息

应用CFD流场数值计算程序对两类不同长叶片、两类不同长短叶片和一类超短叶片配置的离心泵进行数值模拟,讨论叶片数、分流叶片不同径向位置及周向位置对离心泵内流场及整机性能的影响.结果表明,选择合理的叶片数和分流叶片的径向及周向位置,可以有效降低长叶片的负荷,有效提高泵的扬程和效率,避免叶片数过多引起的叶轮进口堵塞和叶轮流道内发生回流和漩涡.当离心泵分流叶片进口直径为叶轮直径的0.68,分流叶片向长叶片背面偏置5°,叶片数为4个长叶片和4个超短叶片时,离心泵的整体性能最佳.

关键词：数值模拟叶片数分流叶片离心泵