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基于机器学习的离心泵气液两相压升预测

农业工程学报 2022年第4期38卷 33-41页

作者：贺登辉李芮林孙帅辉郭鹏程西安理工大学省部共建西北旱区生态水利国家重点实验室西安710048

针对离心泵气液两相压升难以准确预测的问题,该研究构建了基于机器学习的离心泵压升预测模型。通过试验获得入口体积含气率、转速和液相流量对离心泵两相压升性能的影响规律,建立气液两相运行条件下离心泵性能基础数据库。根据试验结果... 详细信息

针对离心泵气液两相压升难以准确预测的问题,该研究构建了基于机器学习的离心泵压升预测模型。通过试验获得入口体积含气率、转速和液相流量对离心泵两相压升性能的影响规律,建立气液两相运行条件下离心泵性能基础数据库。根据试验结果,确定以入口体积含气率、转速和液相流量作为输入特征,构建基于线性回归、BP神经网络、支持向量机和随机森林的4种机器学习模型。研究结果表明随机森林预测能力最优,尤其是对于泵喘振区域附近性能的预测,其更能反映出压升的变化趋势,与其他3种模型相比具有更强的预测能力。在总数据集上,随机森林模型所预测压升的平均相对误差、均方根误差和决定系数分别为3.51%、1.06 kPa和0.993,置信水平为94.44%条件下,相对误差不超过±15%。基于随机森林的离心泵气液两相性能预测模型能较好地预测离心泵的两相压升,可为离心泵设计和选型提供参考。

关键词：两相流泵机器学习压升预测模型

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基于PSO的水利蜗壳泵叶轮和导叶匹配设计

中南大学学报（自然科学版） 2022年第11期53卷 4282-4291页

作者：王文杰韩振华黄从兵裴吉赵建涛台格园江苏大学国家水泵及系统工程技术研究中心江苏镇江212013 江苏航天水力设备有限公司江苏扬州225699

为改善水利蜗壳离心泵叶轮和导叶的多参数匹配特性,解决性能和几何参数间无精准数学模型的设计难题,提出基于改进粒子群算法的水利蜗壳离心泵水力部件匹配优化方法。首先,采用BladeGen软件对叶轮和导叶进行参数化建模,以三阶贝塞尔曲线... 详细信息

为改善水利蜗壳离心泵叶轮和导叶的多参数匹配特性,解决性能和几何参数间无精准数学模型的设计难题,提出基于改进粒子群算法的水利蜗壳离心泵水力部件匹配优化方法。首先,采用BladeGen软件对叶轮和导叶进行参数化建模,以三阶贝塞尔曲线分别拟合叶轮和导叶叶片安放角曲线,选取8个控制点(叶轮、导叶各4个)的y坐标值为决策变量,采用CFX软件对不同方案进行定常数值计算得到设计工况效率,并将其作为优化目标;其次,基于叶片泵性能自动优化平台,设定改进粒子群算法种群数和迭代数均为20,自动调动水利蜗壳泵数值计算程序,智能在全局范围内寻优。研究结果表明:在粒子群算法迭代到第13次时,泵效率达到最优,在设计工况下效率提高了3.09%,获得最优参数组合,优化后叶轮和导叶的包角均增大;优化模型内部熵产损失降低,叶轮叶片工作面、叶轮与导叶交界处能量损失明显减小,内部流动更符合叶片型线趋势,流动分离状况得到改善,验证了蜗壳泵智能优化设计方法的合理性。

关键词：泵能效优化数值模拟损失可视化粒子群算法

基于开放边界条件的离心泵自吸过程瞬态流动数值模拟

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农业工程学报 2022年第5期38卷 36-44页

作者：陈为升黎耀军刘竹青中国农业大学水利与土木工程学院北京100083 北京市供水管网系统安全与节能工程技术研究中心北京100083

为探明泵内气液两相瞬态流动特征及自吸过程中吸水管液面震荡上升机理,该研究基于欧拉-欧拉多相流均相模型及标准k-ε湍流模型,采用开放型进、出口边界,对某外混式自吸离心泵在变转速启动条件下的自吸过程进行了数值模拟,分析了吸水管... 详细信息

为探明泵内气液两相瞬态流动特征及自吸过程中吸水管液面震荡上升机理,该研究基于欧拉-欧拉多相流均相模型及标准k-ε湍流模型,采用开放型进、出口边界,对某外混式自吸离心泵在变转速启动条件下的自吸过程进行了数值模拟,分析了吸水管液面变化和主要过流部件内气液两相分布等瞬态特征。结果表明,开放型边界条件可以准确捕捉自吸过程中吸水管内液面震荡上升现象,与试验结果吻合良好。自吸过程包含3个阶段:快速吸入阶段对应吸水室内初始储液被快速吸入叶轮并将叶轮内气体排出,占自吸总用时的11.7%;震荡排气阶段是泵自吸过程的主要阶段,占总自吸时间的61.3%,该阶段内气液分离室内液体反复进入蜗壳和叶轮外缘区域,参与气液掺混及气液分离过程,完成自吸排气,过流部件内气液两相占比及吸水管液面震荡均近似呈0.25 s的周期性变化,叶轮内气相占比周期性变化和液柱惯性是导致该自吸阶段吸水管内液面震荡的主要原因;加速排气阶段为自吸末期,吸水管内液体加速进入叶轮,将泵内气体快速排出,其历时占总自吸时间的27%。研究结果可为自吸泵设计及性能优化提供重要参考。

关键词：泵数值模拟自吸过程开放型边界条件气液两相流动

基于阿基米德螺旋转轮的自清洗泵前过滤器设计与试验

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农业工程学报 2024年第10期40卷 76-84页

作者：张金珠张栋楠刘宁宁李淼王越王振华李云霞石河子大学水利建筑工程学院石河子832000 现代节水灌溉兵团重点实验室石河子832000 农业农村部西北绿洲节水农业重点实验室石河子832000 新疆农垦科学院农田水利与土壤肥料研究所石河子832000

为提高泵前过滤器自清洗性能,解决过滤系统频繁中断问题,该研究将阿基米德螺旋转轮应用于泵前过滤器自清洗过程,通过数值仿真与物理试验,结合相关性分析和线性回归分析,探究叶片螺距、叶片角度、叶片数量对阿基米德螺旋转轮转速的影响... 详细信息

为提高泵前过滤器自清洗性能,解决过滤系统频繁中断问题,该研究将阿基米德螺旋转轮应用于泵前过滤器自清洗过程,通过数值仿真与物理试验,结合相关性分析和线性回归分析,探究叶片螺距、叶片角度、叶片数量对阿基米德螺旋转轮转速的影响规律。结果表明:转轮转速随螺距的增加逐渐下降,且降低幅度逐渐上升,随叶片角度和叶片数量的增加转轮转速的提升较小且提升幅度不断减小,对转轮转速影响程度由大到小为螺距、叶片角度和叶片数量。通过TOPSIS法(technique for order preference by similarity to an ideal solution)综合评价得到最佳结构参数组合为:螺距133 mm,叶片角度90°,叶片数量1。优化后水驱式自清洗泵前过滤器开展自清洗试验,结果显示流量经过最初下降阶段后稳定在294.9~296.6 m^(3)/h区间,流量降幅仅为1.13%~1.70%,利用水力驱动阿基米德螺旋转轮带动自清洗装置的滤网清洗效果良好。研究结果可为水驱式自清洗泵前过滤器的结构设计和优化提供参考。

关键词：泵数值模拟前过滤器自清洗转速阿基米德螺旋转轮

叶轮中心淹没深度对特低扬程下立式泵装置流道水力性能的影响

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农业工程学报 2024年第8期40卷 53-61页

作者：徐磊朱成程夏斌吉冬涛施伟陆伟刚陆林广扬州大学水利科学与工程学院扬州225009 南京市水利规划设计院股份有限公司南京210000 南水北调东线江苏水源有限责任公司南京210019

为提高特低扬程泵站立式轴流泵装置的水力性能,该研究对叶轮直径为3.0、2.5、2.0、1.5 m的立式轴流泵装置在不同叶轮中心淹没深度下的进、出水流道流场分别进行了三维湍流流动数值计算,并对流道流场和水头损失进行了分析比较;对某特低... 详细信息

为提高特低扬程泵站立式轴流泵装置的水力性能,该研究对叶轮直径为3.0、2.5、2.0、1.5 m的立式轴流泵装置在不同叶轮中心淹没深度下的进、出水流道流场分别进行了三维湍流流动数值计算,并对流道流场和水头损失进行了分析比较;对某特低扬程泵站在叶轮中心淹没深度为3.08、2.38、1.68 m下的立式轴流泵装置水力性能分别进行了数值计算及比较,并进行了泵装置模型试验验证。研究结果表明:叶轮中心淹没深度对肘形进水流道的水流流态及水头损失的影响很小,但对虹吸式出水流道的流态和水头损失影响较大;随着叶轮中心淹没深度的增大,虹吸式出水流道内的流态逐渐改善,流道水头损失基本呈下降趋势,泵装置效率逐渐增大,特低扬程工况下泵装置模型试验最优工况点的效率达75.92%,泵装置能量性能数值模拟结果与模型试验结果基本一致。研究结果可为特低扬程泵站采用立式泵装置的设计提供一定参考依据。

关键词：泵数值模拟试验流道叶轮中心淹没深度水力性能

泵用机械密封织构端面干摩擦磨损仿真及试验研究

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机电工程 2024年第5期41卷 797-806页

作者：王子起李双喜刘益江党杰赵檀北京化工大学机电工程学院北京100029

为了减轻泵用机械密封端面在启停阶段和严重振动工况下的干摩擦磨损,对泵用机械密封织构端面进行了干摩擦磨损仿真及试验研究。首先,采用ANSYS软件建立了具有表面织构的动静环密封端面的瞬态有限元模型,基于Archard磨损理论,分析了不同... 详细信息

为了减轻泵用机械密封端面在启停阶段和严重振动工况下的干摩擦磨损,对泵用机械密封织构端面进行了干摩擦磨损仿真及试验研究。首先,采用ANSYS软件建立了具有表面织构的动静环密封端面的瞬态有限元模型,基于Archard磨损理论,分析了不同织构分布间隔角度、边长和旋转角度下静环(石墨环)的磨损规律,得到了石墨环的磨损体积分布;然后,采用摩擦磨损试验机在干摩擦条件下对不同织构参数的密封环进行了磨损试验,得到了密封环磨损前后的表面形貌和石墨环的磨损质量;最后,对比分析了仿真和试验结果,讨论了不同织构参数对石墨环磨损质量的影响以及织构的减磨机理。研究结果表明:织构凹槽可以在容纳磨粒磨屑的同时生成石墨转移膜进而减轻磨损;减轻密封环端面磨损要求织构面积合适,足够容纳磨粒磨屑,同时不过分增大表面粗糙度;织构分布间隔角度每增大5°且边长每减小0.1 mm,石墨环的磨损质量平均减少约7.83%和7.35%。织构旋转角度每增大15°,石墨环的磨损质量平均增大约4.25%。所得研究结果可为泵用机械密封的表面织构设计提供较好的理论支撑,并提升泵用机械密封的耐磨性能。

关键词：泵机械密封表面织构石墨环磨损试验磨损质量 ANSYS Archard磨损理论

泵用机械密封织构端面干摩擦磨损仿真及试验研究

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机电工程 2023年

作者：王子起李双喜刘益江党杰赵檀北京化工大学机电工程学院

为了减轻泵用机械密封端面在启停阶段和严重振动工况下的干摩擦磨损，对泵用机械密封织构端面进行了干摩擦磨损仿真及试验研究。首先，采用ANSYS软件建立了具有表面织构的动静环密封端面的瞬态有限元模型，基于Archard磨损理论，分析了... 详细信息

为了减轻泵用机械密封端面在启停阶段和严重振动工况下的干摩擦磨损，对泵用机械密封织构端面进行了干摩擦磨损仿真及试验研究。首先，采用ANSYS软件建立了具有表面织构的动静环密封端面的瞬态有限元模型，基于Archard磨损理论，分析了不同织构分布间隔角度、边长和旋转角度下静环（石墨环）的磨损规律，得到了石墨环的磨损体积分布；然后，采用摩擦磨损试验机在干摩擦条件下对不同织构参数的密封环进行了磨损试验，得到了密封环磨损前后的表面形貌和石墨环的磨损质量；最后，对比分析了仿真和试验结果，讨论了不同织构参数对石墨环磨损质量的影响以及织构的减磨机理。研究结果表明：织构凹槽可以在容纳磨粒磨屑的同时生成石墨转移膜进而减轻磨损；减轻密封环端面磨损要求织构面积合适，足够容纳磨粒磨屑，同时不过分增大表面粗糙度；织构分布间隔角度每增大5°且边长每减小0.1 mm，石墨环的磨损质量平均减少约7.83%和7.35%。织构旋转角度每增大15°，石墨环的磨损质量平均增大约4.25%。所得研究结果可为泵用机械密封的表面织构设计提供较好的理论支撑，并提升泵用机械密封的耐磨性能。

关键词：泵机械密封表面织构石墨环磨损试验磨损质量 ANSYS Archard磨损理论

基于熵产理论的超低扬程双向卧式轴流泵装置飞逸特性

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农业工程学报 2021年第17期37卷 49-57页

作者：许哲郑源阚阚黄佳程河海大学水利水电学院南京210098 河海大学能源与电气学院南京210098

超低扬程的泵站常具有双向输水的需求,因而双向水泵装置在双向运行工况下都具有发生飞逸事故的风险。为研究泵装置在正反向飞逸过渡过程的差异性,该研究建立双向低扬程卧式轴流泵全过流系统,采用流体体积函数法分析上下游水气两相分布,... 详细信息

超低扬程的泵站常具有双向输水的需求,因而双向水泵装置在双向运行工况下都具有发生飞逸事故的风险。为研究泵装置在正反向飞逸过渡过程的差异性,该研究建立双向低扬程卧式轴流泵全过流系统,采用流体体积函数法分析上下游水气两相分布,利用力矩平衡方程推导叶轮实时转速,并结合熵产理论进行分析。结果表明:对比熵产计算与模型试验得到的扬程损失,在正反向工况下误差均在3%以内,验证了数值模拟及熵产计算的准确性;叶轮扭矩的波动频率受叶频控制,且正向飞逸工况下扭矩波动的幅值更高;总计算域中直接耗散熵产占主导地位,湍流耗散熵产次之,壁面耗散熵产最少;各计算域中叶轮的总熵产值最高,源于较大的速度梯度和强烈的动静干涉作用;轴流泵进入稳定飞逸状态下,正向飞逸工况扭矩的波动幅值明显高于反向飞逸工况;零流量时刻下,涡核与熵产率分布相似说明涡核的聚集与漩涡的演变是流场产生明显能量损失的原因。研究可为分析机组的瞬态特性提供一种思路。

关键词：泵流速熵飞逸过程双向工况自由液面

隔板起始位置对大型双蜗壳双吸泵径向力和压力脉动的影响

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农业工程学报 2021年第12期37卷 20-27页

作者：牛茂升朱强芦洪钟肖功槐蔡婷上海凯泉泵业(集团)有限公司上海201801

为研究双蜗壳泵内压力脉动情况,该研究以某大型双蜗壳双吸泵为研究对象,通过三维非定常计算对不同隔板起始位置对水力性能、叶轮径向力、蜗壳内各点压力脉动的影响进行研究。研究结果表明,采用双蜗壳结构后,设计点效率下降4%~5%;径向力... 详细信息

为研究双蜗壳泵内压力脉动情况,该研究以某大型双蜗壳双吸泵为研究对象,通过三维非定常计算对不同隔板起始位置对水力性能、叶轮径向力、蜗壳内各点压力脉动的影响进行研究。研究结果表明,采用双蜗壳结构后,设计点效率下降4%~5%;径向力大小在叶轮旋转过程中呈周期性变化,径向力大小受隔板起始位置影响较大,因此需要合理布置隔板起始位置;隔舌附近各点压力分布均呈现明显的周期性波动变化,隔舌后测点压力峰值、平均值及脉动值要远小于隔舌前测点,仅为隔舌前测点相应值的25%~50%,而且随着隔板起始位置后移,隔舌附近各点压力波动逐渐减弱;综合考虑水力性能及压力脉动影响,隔板起始点应布置于自隔舌点以叶轮中心为圆心向蜗壳出口方向旋转200°位置,该结构下水力效率最高,径向力最小,研究结果可以为大型双蜗壳双吸泵水力性能改进及结构优化提供一定的理论支持。

关键词：泵试验隔板位置双蜗壳泵径向力压力脉动