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仿生导叶对CAP1400主泵性能影响研究

核动力工程 2023年第2期44卷 77-83页

作者：刘昊然鲁业明王晓放李家玲张志刚大连理工大学海洋能源利用与节能教育部重点实验室辽宁大连116024 北京动力机械研究所北京100000

为探究仿生导叶对主泵整体性能的影响,本文以CAP1400主泵的缩尺模型(1:2.5)为研究对象,提出了一种新型导叶叶片仿生设计结构,并通过优化设计平台得到了优化模型(仿生导叶最优解)。采用数值方法得到了主泵全三维模型的水力性能和安全性能... 详细信息

为探究仿生导叶对主泵整体性能的影响,本文以CAP1400主泵的缩尺模型(1:2.5)为研究对象,提出了一种新型导叶叶片仿生设计结构,并通过优化设计平台得到了优化模型(仿生导叶最优解)。采用数值方法得到了主泵全三维模型的水力性能和安全性能,并通过对比分析原模型与优化模型之间性能差异,得到结论:在设计工况下,优化模型使主泵的扬程和效率分别提高了1.7%和1.9%;优化模型具有降低内流场噪声和改善导叶叶片表面应力分布的作用;优化模型对主泵空化性能影响不大。本研究结果可为后续主泵进行水力设计和声学预测提供参考。

关键词： CAP1400 仿生导叶内流场噪声应力分析空化性能

不同叶片后掠角度下轴流泵叶顶区空化流场与性能研究

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农业机械学报 2022年第10期53卷 194-201页

作者：叶晓琰王朋张德胜沈熙赵旭涛孟庆辉江苏大学流体机械工程技术研究中心镇江212013

为研究轴流泵叶片后掠对叶顶区空化流场及性能的影响,以南水北调工程TJ04-ZL-02编号叶轮缩放模型为原型叶轮,将叶片重心积迭线圆周后掠得到后掠20°和后掠40°叶轮。基于ANSYS CFX软件对全流场进行数值模拟,对比分析原型叶轮与后掠叶轮... 详细信息

为研究轴流泵叶片后掠对叶顶区空化流场及性能的影响,以南水北调工程TJ04-ZL-02编号叶轮缩放模型为原型叶轮,将叶片重心积迭线圆周后掠得到后掠20°和后掠40°叶轮。基于ANSYS CFX软件对全流场进行数值模拟,对比分析原型叶轮与后掠叶轮流道内压力、空泡、流线分布的变化,并对不同空化条件下叶片后掠对叶顶区漩涡强度、涡量和速度场的影响进行分析。研究表明:后掠叶轮临界空化余量降低,后掠叶片吸力面空化面积及空泡体积分数均低于原型叶片。在空化工况下,叶片后掠减小吸力面侧低压区域,有效抑制叶顶区三角形空化云的发展。由于叶片后掠减小叶顶区压差,导致叶顶泄漏量减小,TLV核心区漩涡强度和涡量随后掠角度的增大而减小,随着空化程度加剧,TLV漩涡强度和涡量均变大,叶顶区流场更加复杂紊乱。

关键词：轴流泵叶片后掠叶顶区空化流场空化性能

仿生导叶对CAP1400主泵性能影响的研究

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核动力工程 2023年

作者：刘昊然鲁业明王晓放李家玲张志刚北京动力机械研究所大连理工大学海洋能源利用与节能教育部重点实验室

为探究仿生导叶对主泵整体性能的影响，本文以CAP1400主泵的缩尺模型（1:2.5）为研究对象，提出了一种新型导叶叶片仿生设计结构，并通过优化设计平台，得到了优化模型（仿生导叶最优解）。采用数值方法，得到了主泵全三维模型的水力性... 详细信息

为探究仿生导叶对主泵整体性能的影响，本文以CAP1400主泵的缩尺模型（1:2.5）为研究对象，提出了一种新型导叶叶片仿生设计结构，并通过优化设计平台，得到了优化模型（仿生导叶最优解）。采用数值方法，得到了主泵全三维模型的水力性能和安全性能，通过对比分析原模型与优化模型之间性能差异，得到如下结论：在设计工况下，优化模型使主泵扬程和效率分别提高了1.7%和1.9%；优化模型具有降低内流场噪声和改善导叶叶片表面应力分布的作用；优化模型对主泵空化性能影响不大。本研究为后续主泵水力设计及声学预测提供参考。

关键词： CAP1400 仿生导叶内流场噪声应力分析空化性能

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环形喷嘴宽度对高速诱导轮空化特性的影响

航空学报 2023年

作者：赵伟国强欢欢李兴国兰州理工大学甘肃省流体机械及系统重点实验室兰州理工大学能源与动力工程学院

为改善高速诱导轮的空化性能，本研究基于喷射原理，以某型号高速离心泵为研究对象，设计一种口环引流装置，并确定原始方案和环形喷嘴宽度分别为1 mm,3 mm,5 mm,7 mm,9 mm共6组方案，通过数值计算与试验验证相结合的方法研究了不同方... 详细信息

为改善高速诱导轮的空化性能，本研究基于喷射原理，以某型号高速离心泵为研究对象，设计一种口环引流装置，并确定原始方案和环形喷嘴宽度分别为1 mm,3 mm,5 mm,7 mm,9 mm共6组方案，通过数值计算与试验验证相结合的方法研究了不同方案对高速离心泵外特性和其流道空泡体积的影响以及不同方案对高速诱导轮能量传递和其流场分布的影响。研究发现：高速诱导轮最先在叶片进口吸力面外缘处发生空化，随着空化数的减小，诱导轮轮毂前端也生成了大量沿中心流道向上游继续扩散的圆锥状空泡，最后充满上游流道呈柱状分布，口环引流装置可以通过引射叶轮出口高压流体对诱导轮进口低压区进行压力补偿，且引射流能有效阻止叶顶间隙泄漏流，从而改善诱导轮的空化性能，但本研究的不同宽度方案对其空化性能的改善程度不同，当环形喷嘴宽度为3mm时，对高速诱导轮空化性能改善效果最佳，临界空化数较原始方案减小了38.24%，即当宽径比λ为0.074时环形喷嘴宽度最佳。

关键词：高速诱导轮喷射原理口环引流装置环形喷嘴宽度空化性能

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不同吸水室对离心泵空化性能的影响分析

哈尔滨工程大学学报 2021年第11期42卷 1632-1640页

作者：赵万勇彭虎廷梁允昇马得东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

由于吸水室的几何形状决定了叶轮进口的速度分布,对泵空化性能具有重要的影响。针对一单级单吸离心泵配套的直锥形、半螺旋形、环形3种不同结构的吸水室,采用数值方法研究分析3种不同结构的吸水室内部流动变化对离心泵空化性能的影响。... 详细信息

由于吸水室的几何形状决定了叶轮进口的速度分布,对泵空化性能具有重要的影响。针对一单级单吸离心泵配套的直锥形、半螺旋形、环形3种不同结构的吸水室,采用数值方法研究分析3种不同结构的吸水室内部流动变化对离心泵空化性能的影响。结果表明:直锥形吸水室相比于其他2种吸水室,对叶轮空化性能影响最小,初生空化发生在与蜗壳隔舌对应流道的下一个流道的叶轮叶片进口背面。半螺旋形吸水室出口速度增加且不均,液体以较高速度流入叶轮,使得对应径向位置的叶片进口背面首先发生初生空化。环形吸水室左右两侧内均产生漩涡与回流等现象,吸水室出口处靠近入口侧速度较大,使得叶轮叶片进口背面压力减小易于发生空化。在临界空化工况下,半螺旋吸水室与环形吸水室叶轮进口处产生的空泡在流道进口之间发生蔓延,其环形吸水室叶轮进口最为明显,对泵空化性能影响最大。该研究结果对泵叶轮进口流动设计和吸水室结构设计具有一定的理论价值。

关键词：离心泵直锥形吸水室半螺旋形吸水室环形吸水室空化性能数值模拟初生空化临界空化

引江济淮工程朱集站泵装置水力性能模型试验研究

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中国农村水利水电 2022年第1期 111-117页

作者：秦钟建徐磊中水淮河规划设计研究有限公司合肥230601 扬州大学水利科学与工程学院江苏扬州225009

为提高引江济淮工程朱集站立式轴流泵装置的水动力特性,保证泵站安全、稳定和高效运行,在采用三维流场数值计算的方法对进出水流道进行优化水力设计的基础上,进一步完成了朱集站泵装置模型的水动力特性试验研究。结果表明:经过优化的朱... 详细信息

为提高引江济淮工程朱集站立式轴流泵装置的水动力特性,保证泵站安全、稳定和高效运行,在采用三维流场数值计算的方法对进出水流道进行优化水力设计的基础上,进一步完成了朱集站泵装置模型的水动力特性试验研究。结果表明:经过优化的朱集站进出水流道水流流速变化均匀、流道水头损失小,泵装置模型最高效率达78.33%,水力性能优异;与泵段相比,泵装置模型最优工况点向负角度和小流量区偏移约2°。泵装置模型进口压力为临界空化余量值时,叶片工作面或背面出现了较大面积的空化泡区域。水泵的转频和叶频对泵装置模型水泵叶轮室进出口处的压力脉动幅值影响较大,对导叶体出口处的压力脉动幅值影响较小。此外,为避免产生共振,泵体结构的固有频率应避开水泵的转频、叶频及其倍频。

关键词：引江济淮工程立式轴流泵装置模型试验能量性能空化性能压力脉动

反向瑞利台阶构型液膜空化性能与机械密封空化抽吸效应评价

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化工学报 2020年第12期71卷 5715-5724页

作者：马学忠孟祥铠张伟政彭旭东丁雪兴兰州理工大学石油化工学院甘肃兰州730050 浙江工业大学机械工程学院浙江杭州310032

针对瑞利台阶构型,采用有限单元法基于JFO空化边界条件求解Reynolds方程,建立了流体动压润滑数值模型。对比了正向和反向瑞利台阶构型的液膜压力与密度比分布,评价了反向瑞利台阶构型在不同操作工况与结构参数下的液膜空化性能。阐释了... 详细信息

针对瑞利台阶构型,采用有限单元法基于JFO空化边界条件求解Reynolds方程,建立了流体动压润滑数值模型。对比了正向和反向瑞利台阶构型的液膜压力与密度比分布,评价了反向瑞利台阶构型在不同操作工况与结构参数下的液膜空化性能。阐释了反向瑞利台阶机械密封液膜空化抽吸机理并对比分析了其密封性能,评价了液膜空化抽吸效应水平。结果表明,结合操作工况在合理的结构设计下,反向瑞利台阶主槽区域可产生充分的液膜空化效应,从而使其机械密封具有良好的空化抽吸效应,可实现密封介质的零泄漏或反向抽吸。

关键词：反向瑞利台阶空化性能机械密封空化抽吸效应有限单元法

带有轴流螺旋级的模型诱导轮中的非定常流动和压力脉动（英文）

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推进技术 2019年第7期40卷 1458-1466页

作者： Sergey Timushev Dmitry Klimenko Ivan Kazennov 李家文莫斯科航空学院(国立研究大学)火箭发动机学院莫斯科125993 北京航空航天大学宇航学院北京100083

为了研究提高离心泵抗气蚀性能的措施,以抑制作用在泵过流区域的压力脉动、振动和动力载荷,减轻空化气蚀造成的重复使用液体火箭发动机涡轮泵损伤,满足泵的高转速、低入口压力、减小尺寸和重量等技术要求,采用计算流体力学软件,对轴流... 详细信息

为了研究提高离心泵抗气蚀性能的措施,以抑制作用在泵过流区域的压力脉动、振动和动力载荷,减轻空化气蚀造成的重复使用液体火箭发动机涡轮泵损伤,满足泵的高转速、低入口压力、减小尺寸和重量等技术要求,采用计算流体力学软件,对轴流式诱导轮和带有轴流螺旋级的诱导轮进行了非定常压力脉动和气蚀性能的三维仿真计算研究。结果表明,与单一的轴流式螺旋诱导轮相比,带有轴流式螺旋级的诱导轮能够改善泵的气蚀特性,气蚀系数提高了25%,初始气蚀系数提高了30%,诱导轮出口位置的叶片通过频率压力脉动得到了抑制。

关键词：螺旋诱导轮轴流螺旋级螺旋离心泵空化性能压力脉动

旗鱼尾鳍仿生结构对离心泵空化性能影响的研究

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旗鱼尾鳍仿生结构对离心泵空化性能影响的研究

作者：刘金晶兰州理工大学

学位级别：硕士

水力机械在运行过程中都避免不了空化问题,空化所带来的不稳定性会导致全局流量和压力发生剧烈的变化,这就引起了非定常转子的动力特性问题,并最终导致水力系统结构的破坏。而低比转速离心泵扬程高、流量小、效率低,当叶轮入口压力下降... 详细信息

水力机械在运行过程中都避免不了空化问题,空化所带来的不稳定性会导致全局流量和压力发生剧烈的变化,这就引起了非定常转子的动力特性问题,并最终导致水力系统结构的破坏。而低比转速离心泵扬程高、流量小、效率低,当叶轮入口压力下降至饱和蒸气压时,易在叶片进口背面的位置发生空化。空化的产生导致叶轮内部非定常湍流脉动加剧,叶片载荷剧烈变化,外部扬程和效率降低,并会使叶轮在运行过程中产生噪声和振动。采取有效措施控制空化的产生,对于流体机械的稳定运行有着重要的意义。本文将以NACA 0015水翼以及低比转速离心泵作为研究对象,通过理论分析,实验研究以及数值模拟的方法,提出了在叶片表面布置仿生结构的被动控制空化的方法。分别对NACA 0015翼型的空化流和水动力学特性,低比转速离心泵空化特性及空泡流变化规律,叶片载荷变化规律等内容展开了系统研究。主要研究内容和结论如下:(1)对三维NACA 0015水翼在典型工况σ=0.8下的云空化特性进行了数值模拟研究,在此基础上,研究了水翼表面布置的仿生结构对空化性能的影响,并对不同参数仿生结构水翼的空化流场和水动力学特性进行了数值模拟研究。结果表明:当仿生结构的弦向位置为L=0.3c、宽度为b=0.15δ、角度为θ=14°时抑制效果最明显,与原型水翼相比空泡数减少了24%,水翼振动频率减小了23%,升阻比提高了4.73%,回射流厚度和强度明显减弱。(2)通过实验和数值模拟相结合的方法探究了离心泵空化流动的不稳定性。对离心泵内部非定常空化流数值模拟进行了分析,结果表明当装置空化余量降低到一定程度时,扬程断裂式下降,这是由于空化发展到一定程度,空泡占据大部分流道,叶片载荷压力会突然降低,导致叶片失去做功能力。将实验外特性及空化性能同数值模拟值比较,实验值与模拟值符合较好,证明了数值模拟及空化模型是可靠的。(3)基于水翼布置仿生水翼的有效性和离心泵数值模拟的准确性,采用数值模拟的方法研究仿生结构在低比转速离心泵中的适用性,对其空化流动机理以及仿生结构在叶轮内部的作用机理进行研究。研究发现在背面布置仿生结构可以有效地抑制空化初生,而工作面布置仿生结构则会在临界空化和断裂空化中都很大程度地延缓空化剧烈的发生,增加了泵运行区间的范围。(4)背面布置仿生结构使空化初生时空泡体积减少了44%,对叶片前缘生成的低压区减小效果明显,使得背面位置能量耗散减小,进口区域的低涡粘度区域明显增大,旋涡强度减小;而相比于原型离心泵模型,工作面布置仿生结构使得临界空化点扬程上升了3%,空泡体积下降了20%,并使空化断裂点扬程上升了10%,空泡体积数减小了18%。工作面布置仿生结构可以有效减小低压区范围,优化离心泵内部流场结构,减弱离心泵叶轮进口以及靠近蜗壳处的压力脉动,延缓离心泵内部空化的发展,改善了其空化性能。

关键词： NACA0015翼型低比转速离心泵仿生结构空化性能空化抑制