一、混流泵叶轮叶片设计方法（论文文献综述）
菅鸿飞[1]（2021）在《混流泵叶轮反设计研究》文中研究表明因自身三维效应,混流泵叶轮内部流动十分复杂,叶轮的正向设计严重依赖设计者的经验并且消耗计算资源。针对叶轮正向设计效率偏低的原因,本文采用MATLAB程序语言自主编写混流泵叶轮快速反设计程序,使设计者设计叶轮时对经验的依赖降低并节约计算资源,从而提高设计效率。本文首先介绍了反设计过程中所采用的理论及其方程并推导这些方程在正交坐标系下的形式,同时编写子午面网格划分程序,程序可通过两种控制参数来对网格划分程序中网格数量进行调整。然后推导在正交坐标系下反设计方程的有限差分格式并编写其求解程序,其中,对平均流方程和周期流方程采用全场求解的方法,在求解过程中使用MATLAB软件自带的不完全LU分解和双共轭梯度稳定法;对中弧面生成方程采用推进式求解。对反设计需要给定的载荷和叶片厚度条件,本文使用非均匀有理B样条曲线给定其在轮毂侧和轮盖侧的值,叶片上其余点的值通过沿叶片展向插值得出。对给定的载荷和厚度分布,程序可在3分钟内实现快速收敛,证明快速反设计的可行性。程序可实现三维叶片的可视化并输出其数据,同时输出对应条件下的流场和压力场信息。为验证程序流场计算是否准确,采用NUMECA软件对给定载荷下反设计所得叶轮内流场进行CFD计算,其中湍流模型采用S-A模型。对比程序算得和NUMECA算得的流场,结果表明反设计程序计算准确,满足计算精度要求。通过对同一算例应用反设计程序对反设计程序中的两个参数（载荷分布和积叠条件）对叶片进口低压区的抑制效果做了探讨:对给定相同积叠条件而使用不同加载条件的情形,通过压力分布图对比发现后载型叶轮的进口低压区最小;对给定后载型加载方式而使用不同积叠条件的情形,通过对四种尾缘中弧面包角对应的反设计所得叶轮进行三维CFD计算发现尾缘中弧面包角为30°时低压区抑制最明显。
邵珂[2]（2020）在《混流泵作透平叶轮的数值计算与试验研究》文中研究说明液体压力能是一种清洁的可再生能源,泵作透平作为小功率液体压力能开发节能装备,相对微型水轮机有体积小、结构简单、成本低和方便维护等优势,在小水电和工业流程中有着广泛的运用。目前大流量、中低水头液体压力能利用设备较少,而适用于大流量、中低水头的混流泵作透平往往选型困难甚至无型可选,因此有必要对混流泵作透平设计方法展开研究。叶轮是混流泵作透平能量转换的核心部件,对叶轮开展研究,研究透平叶轮优化设计方法,对提高小功率液体压力能利用率、推广农村水电和推动清洁低碳的能源体系建设有着重大的社会意义。本文采用试验、数值模拟和理论分析相结的方法,以混流泵作透平叶轮为研究对象,对混流泵作透平内部流动、叶轮切割及透平叶轮参数优化设计展开研究,本文的主要工作内容和创新性如下:（1）设计并制造比转速分别为222和264的混流泵作透平样机,搭建混流泵作透平试验台进行透平外特性试验测试。利用CFD软件对混流泵作透平进行数值模拟,对比不同湍流模型、网格数下数值计算所得透平外特性与试验外特性,确定了较为准确的混流泵作透平数值模拟方案。（2）对混流泵作透平进行内部流动分析,研究不同流量工况下透平各过流部件内部流场分布及水力损失分布,总结混流泵作透平内部流动规律。分析非设计流量工况下透平效率下降的原因,并对混流泵作透平内部能量损失进行分析,为透平水力性能优化提供理论基础。（3）创新性地对混流泵作透平叶轮外径切割进行研究,通过试验得到不同切割比例下透平的外特性,发现混流泵切割公式计算结果与透平试验所得结果高效点偏差在4.17%以内,高效点水头偏差在4.8%以内,混流泵泵工况下叶轮切割定律应用在透平工况具有一定的准确度。通过数值模拟的方法分析切割前后透平内部流场变化和水力损失变化,总结透平外特性变化的原因。对混流泵作透平盖板切割进行研究,得出在叶轮切割时应保留前后盖板的结论。（4）对混流泵作透平叶轮进行重新设计,通过数值模拟和理论分析的方法,以混流泵作透平叶片进口角、叶片出口角、叶轮进口宽度、叶片数和叶片包角为研究对象,研究其变化对透平外特性的影响。试验验证了混流泵作透平叶轮高效设计理论的正确性,采用高效设计理论设计了水头10 m,轴功率5 kW的混流泵作透平,该产品已成功应用于透平市场。
谢昀彤[3]（2020）在《混流泵内部非稳态旋涡结构特征及涡动力学诊断研究》文中研究指明混流泵是一种介于离心泵与轴流泵之间的泵型,兼具两者的优点,除了扬程高、流量大和高效区宽,而且结构紧凑、对驼峰现象有较好的改善,在众多领域得到了越来越广泛的应用。混流泵内部流动极其复杂,各种涡结构的产生和演变会严重影响内流场、外特性以及日常运行的稳定性。传统的速度场和压力场分析并不能全面揭示流场真实的流动情况,因此,采用涡动力学分析混流泵内流情况,变得更加重要。通过涡识别技术可以获得混流泵内部的精细涡结构,识别涡的大小、位置和演变规律,进而能够更加清晰的了解泵内部的流态,为混流泵的内流诊断和优化设计提供指导和新的思路。本文在西华大学省部级学科平台开放课题项目“导叶式混流泵变工况内流分析及鲁棒性优化设计研究”的资助下完成,以上海某泵企生产的一型号为HM350-600的导叶式混流泵为研究对象,在对其内部流动进行大涡模拟的基础上,开展涡动力学分析和诊断研究,主要研究工作和结论如下:1.采用大涡模拟方法得到了混流泵内部压力场、速度场和涡量场的分布规律,对比分析了三代涡识别方法在混流泵内部旋涡结构识别中的适用性,研究表明:与第一代涡量准则法相比,以螺旋度法、Q准则和λ2准则为代表的第二代涡识别方法更能获得详细的混流泵内部的涡结构。其中,Q准则能剔除绝大部分的剪切层影响,较其它涡识别方法更好地捕捉混流泵内部的涡结构,显示的涡大小更加精确,但第二代涡识别方法的识别受阈值影响较大,过度依赖使用者的经验。第三代涡识别方法——Ω方法和Liutex方法在混流泵涡结构的识别中虽能剔除壁面剪切层的影响,叶轮部件的识别结果较差,导叶部件的识别结果较好,Ω方法中ε的取值会极大影响涡识别结果,同样需要人为调整出合适的值。因此,综合多个因素,Q准则更适用于混流泵内流场的涡识别,在涡结构以及涡大小的显示方面都具有优势,可用于旋转机械内流场的分析。2.基于BVF诊断以及Q准则涡识别技术,对混流泵内部非稳态流动特性和涡结构演化规律进行研究,其中Q准则不考虑阈值问题,仅进行定性分析。分析发现:BVF峰值出现在叶轮叶缘处及出口边和导叶进口边近轮缘处及压力面近轮毂,以上区域的BVF正负峰交替出现,压力梯度大,容易出现不良流动,与Q准则识别出的涡结构相匹配;叶轮叶缘分离涡受进口旋涡以及叶片分流的影响,在一个周期内涡结构先增大后减小,涡量由负向逐渐转化为正向,叶轮通道涡经2/6T进行一次破碎重组,产生变化的根源是附面层的汇聚和脱落,叶轮尾缘脱落涡的脱落离不开附面层的分离,演化的规律是经2/6T进行一次分裂和合并,涡量值未发生太大变化;导叶通道涡来自进口处旋涡的发展以及附面层的分离,正向涡整体变化不大,负向涡在一个周期内,先逐渐汇合,后逐渐断裂,尾缘脱落涡受尾缘附面层以及叶缘处正向涡的影响,在周期内,整体逐渐减小,正向涡不断耗散消失,负向涡拉伸合并;尾水管内的涡结构在周期内呈现逐渐减少的趋势。3.基于Q准则的定量分析结果,选取合适的Q值,对0.6QN、0.8QN、1.0QN三种工况下混流泵的内流场和涡结构进行对比分析,研究发现:当流量较小时,泵内三维流线较为复杂,出现涡的地方较多,涡团的面积较大,严重堵塞流道,加剧不良流动的产生和能量损失;涡量场中涡量分布的面积和涡量值偏大,随着流量的增大,流场中的流态趋于稳定;通过Q准则识别出的涡结构与流量值密切相关,0.6QN工况下,涡团主要存在叶轮轮缘、叶轮轮毂、叶片附近和导叶通道,涡结构尺寸较大,既存在正向涡,也存在负向涡,涡的强度较大,分布较为杂乱,没有规则的形状和规律;流量不断增加,涡团数量及强度不断减小,低涡区的面积大于高涡区的面积,在1.0QN工况下涡分布具有对称性,均匀分布在各个通道内。
张子龙[4]（2020）在《混流泵装置内部流动及水动力特性研究》文中认为开敞式明渠泵站由于其具有安装空间小、空化性能好、造价低、易维护等优点,被广泛应用于农业工业生产、防洪排涝和生态建设等领域。运行过程中,泵装置进水池内会出现附壁涡、附底涡和表面涡等大尺度旋涡,严重时,降低泵站的扬程和效率,减少经济效益,造成泵装置叶片空化、轴系窜动和机组振动等破坏性危害,降低泵站的使用寿命和安全性能。本文采用理论分析、数值计算与试验测试相结合的方法,对泵站内混流泵装置的能量、速度矢量、表面涡环量、压力脉动、轴向力、径向力和气-液两相流自由液面计算模型等进行了系统深入地研究,主要工作和研究成果如下:1.介绍了国内外学者在进水池内大尺度旋涡的分类和流动特点、混流泵装置各结构参数对旋涡的影响规律和不同工况下装置性能的变化规律等方面的研究现状。2.基于PIV和高速摄影技术,测量了混流泵装置进水池内喇叭管、导水锥处的流动分布以及表面涡气带的基本形态和表面涡间的相互作用过程,并进行数值计算分析,研究表明:（1）不同流量和水位工况下,数值计算得到的混流泵装置扬程和效率与试验结果相比,偏差均在5%以内;扬程均随流量的增大而减小,随水位的增加而增大,效率均随流量的增大先缓慢增加后快速减小,随水位的增加而增加;（2）数值计算得到的导水锥处和喇叭管处的流动速度分布与试验结果一致,导水锥和喇叭管将进水池内紊乱的流动引导为规则流动,起到较好的导流作用;（3）表面涡气带呈现漏斗状,液体表面凹陷形成气穴,在向下延伸的过程中直径迅速减小,随着流量的减小和水位的升高,进水池内流速减小,表面涡强度降低,液体表面凹陷深度、气穴体积和气带长度均逐渐减小,直至最后消失;（4）泵后部两侧表面涡直接接触并相互作用影响,一侧表面涡中有一部分涡被另一侧表面涡吸入,造成左右表面涡的不对称和不稳定。3.采用数值计算方法研究了不同水位和流量工况下,混流泵装置进水池的内部流动特性,研究表明:（1）混流泵装置进水池水力损失与流量呈正比,与水位呈反比,阻力系数与流量和水位均呈反比关系;（2）泵进口断面流速分布均匀度随流量的增大,先增大后减小,随水位的增加而增大,加权平均偏流角随流量的增大而减小,随水位的增加而增大;（3）进水池内喇叭管进水口水平面以下的流动较为规则,流体沿径向从四周流入喇叭管,而喇叭管进水口水平面以上的流动则相对复杂,流体绕过泵,在泵后部发生边界层分离,形成表面涡,并向下流入喇叭管;（4）低水位工况下,进水池内流动速度较大,湍流强度高,池底处出现附底涡,导致池底处流动不对称,随着水位的提升,该现象逐渐消失;液面处和喇叭管处流动较为紊乱,且左右侧流动不对称,一侧表面涡被另一侧表面涡吸入,随着水位的升高,这种现象逐渐消失;（5）进水池内特征截面旋涡总环量随水平位置的降低而增加,随着流量的增大而增大,随着水位的增加而减小。4.采用数值计算方法研究了不同水位和流量工况下,混流泵装置水动力特性规律,研究表明:（1）混流泵装置出口压力脉动主频为1倍叶频,出口压力脉动幅值随水位的增高而减小;叶轮与导叶间隙处压力脉动主频为1倍叶频,叶轮与导叶间隙处压力脉动幅值随水位增大变化极小,随着流量的增大线性减小;导水锥和喇叭管前后侧的平均压力随着水位的升高而增加,随流量的增大而减小;（2）上游来流从正面直接流入泵,路径短能量损耗小,背面液体则以表面涡的形式进入泵,路径长能量损耗大,因此从正面流入的流体比从背面流入多,该现象随着流量的增大和水位的降低更加显着;（3）混流泵叶轮轴向力主频为1倍叶频,幅值随水位的增高而减小,高水位下,随流量增大先增大后减小,低水位下,先减小后增大;小流量工况下叶轮径向力散点图形状为三角形,大流量工况下为圆形;叶轮平均径向力随水位增加而减小,随着流量的增大先增大后减小再增大。
邵文博[5]（2020）在《弯头与泵内固-液两相流粗颗粒运动与磨损特性的模拟研究》文中研究指明深海、深地资源开采中,固-液两相混输系统是非常重要的。系统中的弯头是控制输送方向必不可少的部件,而泵是系统的动力核心。由于输运介质中含有大量硬质固体颗粒,在运行过程中会撞击冲刷弯头内壁面和泵的过流部件,造成部件的材料磨损,从而危害整个混输系统的运行安全。由于,深海、深地设备安装、操作复杂,维修和更换成本高昂,对设备的耐磨损性能要求较高,因此,固-液两相流混输系统中弯头和泵内颗粒碰撞与磨损机理的研究具有重要的科学和应用价值。近年来,有关学者采用不同的方法研究了弯头磨损形成的机理,亦有不少学者研究了固-液两相流泵内过流部件磨损特性并探究了形成的机理。数值模拟作为一种重要的研究方法,可以获得实验中难以测量的数据,如颗粒的冲击速度和角度、流体对颗粒的各种作用力等,可以从微观角度分析各个因素对磨损的贡献,对磨损形成的机理问题的研究中起着关键性作用。但是,由于固-液两相流中,颗粒与流体强烈的相互影响,两相在质量、动量、湍流与能量均可能相互作用,这为构建精确的数值模型提出了诸多挑战。本研究将从这一角度出发,尝试建立精确可靠的固-液两相流数值模型,并对弯头和泵内颗粒产生的磨损特性和形成机理进行探索研究。本文基于计算流体力学（Computational Fluid Dynamic,CFD）方法求解流场,离散元方法（Discrete Element Method,DEM）求解颗粒场,流场和颗粒场在欧拉-拉格朗日（Euler-Lagrange）框架下耦合,建立了两相之间的作用力和动量传递机制模型;基于RANS计算方法,通过对湍流速度的随机抽样来考虑速度脉动对颗粒运动的影响,通过在湍动能和湍流耗散方程中添加源项来考虑颗粒对湍流强度的影响;通过软件的应用程序编程接口（Application Programming Interface,API）嵌入磨损模型,并对比弯头磨损实验数据选择合适的磨损计算模型;建立了较为精确的基于CFD-DEM方法的固-液两相流及磨损预测数值模型,研究了颗粒尺寸、形状、浓度等颗粒特性和流速对90°弯头内壁和一款混流泵过流部件磨损的特性,主要研究工作和成果如下:（1）基于CFD-DEM方法建立了考虑颗粒与湍流相互作用的固-液两相流模型,对照Shigeo Hosokawa等人和Alajbegovic等人的实验,利用改进的CFD-DEM模型,计算管内颗粒与流体的速度分布和颗粒运动对湍流强度的影响,对比实验结果表明,模拟结果与实验结果基本一致,改进的CFD-DEM模型能准确计算固-液两相流动中流场分布和颗粒运动。另外,参照Zeng等人的磨蚀实验,建立对应的弯头几何模型,将E/CRC磨损和Oka磨损模型嵌入软件进行耦合计算,分别对比计算结果与Zeng等人的实验结果,选择能准确计算材料磨损的模型。结果表明,E/CRC模型针对液-固两相流动中磨损问题的计算更加准确。（2）研究了90°弯头内流体和颗粒运动特性。分析颗粒形状、尺寸、浓度等颗粒特性和流速对颗粒运动的影响,结果表明,弯头内颗粒团聚主要发生在75°-90°范围内,受到撞击的颗粒加速旋转,并在管内二次流的作用下延续到下游直管段,颗粒受流体作用力大小与颗粒-流体间相对速度关系较大。（3）研究了90°弯头内磨损特性与形成机理。结果表明,磨损量最大出现在弯头87°附近的位置。颗粒受流体曳力较大,基本在超过曲率角50°之后与壁面接触,对弯头的破坏形式以划擦切削为主。颗粒浓度越大,速度越大,弯头外壁磨损越严重,但磨损率增长速度随浓度增大而减小,随速度增大而增加。颗粒粒径越大,对流体的跟随性越差,与壁面越容易发生碰撞,管壁磨损越严重。（4）研究了一款混流泵内磨损特性与形成机理。针对自开发的两级混流泵,研究颗粒浓度、形状和不同流量工况对叶片磨损的影响,结果表明,首级叶轮和导叶叶片磨损程度较次级叶轮和导叶叶片磨损程度更加严重,叶轮叶片磨损主要发生在叶片工作面和后盖板交界处,导叶叶片磨损主要发生在叶片凹面和前盖板交界处。颗粒越光滑,流道内滞留颗粒数量越多,与叶片表面的碰撞频率越大,而叶片磨损程度越小。
常方圆[6]（2020）在《立式混流泵水力模型开发及性能研究》文中研究指明混流泵有着流量大,扬程低的特点,其在水处理,水利工程以及电站的水循环系统中都有着广泛使用。混流泵的出现时间在离心泵和轴流泵之后,在水力特性上混流泵的流量和扬程参数介于二者之间,满足了更广泛的需求。在近几年随着计算流体力学的发展及商业软件的革新,在实际工程应用中对混流泵的需求也在逐步上升,对其要求也越来越高。本文基于实际工程课题需求,对大型立式混流泵进行了水力模型开发,并开展了在清水工况下及沙水工况下的全流道数值模拟,同时对比分析了在不同流体介质中运行时各过流部件压力脉动情况。本文的主要研究成果如下:1、分析了混流泵的国内外研究现状,基于相似换算法对立式混流泵叶轮部分进行了水力设计,参考径向导叶的参数计算方法后,优化设计了导叶模型,并最终完成了立式混流泵全流道水力模型开发。2、由水力模型开发得到的二维图纸,在UG中绘制混流泵全流道的三维模型,并对建模难点的叶轮叶片部分,采用斑马纹的方式对曲面光顺性进行了评估。选用Ansys-ICEM对立式混流泵的不同部件分别进行网格划分,通过网格无关性验证后,基于Ansys-CFX对立式混流泵全流道进行定常数值模拟计算,得到了立式混流泵在包括设计流量工况点在内的五个不同流量工况下的水力性能变化,并对各过流部件的内流场分布情况进行了探讨研究。3、压力脉动在泵的研究中有着不可忽视的地位,它对泵运行过程中的振动和噪音有着极大的诱发作用。通过研究立式混流泵中的压力脉动情况探究泵能否稳定运行,论文基于定常计算结果进行了非定常研究,探究立式混流泵在清水介质中运行时不同过流部件的压力脉动情况。在立式混流泵的各过流部件内设置监测点,得到了不同部件流道内的脉动情况,这为下一步优化提供了重要参考。4、基于工程实际考虑,本文选取了典型的含沙水介质对立式混流泵在不同流量工况下进行了进一步探究,分析了在含沙水中运行时,固体颗粒物在各过流部件表面的分布等情况,并基于泥沙的分布情况探究了立式混流泵各部位的磨损特性,并对比分析了立式混流泵在清水及含沙水介质中运行时的压力脉动情况。通过模拟分析可以看到所开发的立式混流泵水力模型各过流部件的水力性能良好,能够很好地满足设计要求,稳定运行。
廖文言[7]（2020）在《可调叶片式混流泵内部三维湍涡结构分析及优化设计研究》文中指出对于大型混流泵而言,其叶轮叶片安放角是否可调是工程实际需求中首要考虑的因素。通过叶片安放角的调节,混流泵具备在不同流量区间内保持高效运行的优势,且在水位发生改变时,也能满足其扬程要求。因此,可调叶片式混流泵在调水工程中得到重大应用,但在其运行过程中,其水力性能随叶片安放角的调节而发生的变化规律没有得到系统的研究与分析,且叶片安放角改变后,混流泵叶轮与导叶适应性将发生变化,该变化将对可调叶片式混流泵内流场和外特性造成一定的影响。本课题立足于西华大学省部级学科平台开放课题项目“导叶式混流泵变工况内流分析及鲁棒优化设计研究”,以某泵企提供的一可调叶片式混流泵为研究对象,在建立了3个叶片安放角下的混流泵模型后,进一步确定其数值计算模型,并在该基础上展开内流数值模拟、旋涡识别和优化设计研究,主要研究工作和成果如下:1.确定了可调叶片式混流泵的数值计算模型,研究了3个不同叶片安放角工况下的混流泵内流场和外特性变化规律,对比分析后发现:随着叶片安放角的增大,叶轮叶片压力面靠近轮缘处的高压区面积增大,而叶片吸力面靠近轮缘处的负压区面积也随之增大。+4°叶片安放角和0°叶片安放角下的导叶段二次流现象以及旋涡结构更多,0°叶片安放角下的导叶段流动较为良好。+4°叶片安放角下的高湍动能区域面积最大,且随着叶片安放角的减小,高湍动能区域面积先减小后增大。混流泵的扬程和功率随着叶片安放角的增大而增大,且其最高水力效率点会随着叶片安放角的增大而向大流量侧偏移。在叶片安放角的增大同时,虽然达到了高流量下的高扬程的需求,但同时可调叶片式混流泵的能耗也在随之增大.2.运用不同的涡识别方法对可调叶片式混流泵内部涡进行了提取,研究表明:+4°叶片安放角混流泵内部高涡量区最大,且随着叶片安放角的减小而减小。3个叶片安放角下,叶轮段最先产生涡的位置都在叶轮进口靠近轮缘处,且随着叶片安放角的增大,该旋涡结构越大。3个叶片安放角在叶轮段主要有通道涡和叶缘分离涡和叶轮轮毂出口的脱落涡,在+4°叶片安放角下的混流泵叶轮内旋涡结构数量最多且结构较大。在导叶段+4°叶片安放角下的混流泵旋涡结构数量最多,但通道涡的数量要少于-4°叶片安放角下,且-4°叶片安放角的通道涡结构较大,在导叶通道内形成堵塞,而0°叶片安放角下的混流泵导叶内部涡结构比较小,其内部流动状况较为良好。3.可调叶片式混流泵能够在不同的流量区间中保持高效的运行,是由于叶轮特性所决定的,通过对叶片安放角的调节,叶轮能够覆盖很宽的流量区间。低导叶损失对应的流量区间随着叶片安放角的减小正在逐渐变窄,若调节后的叶片安放角偏离原始叶片安放角太多,导叶的适应性将变差。叶片安放角的调节会对混流泵叶轮与导叶的匹配度造成影响,原始叶片安放角下的叶轮与导叶之间的匹配度最高,偏离原始叶片安放角越多,混流泵叶轮与导叶动静干涉作用会变得更强,且导叶内部通道涡的数量变多。通过优化导叶叶片的扫掠角,能够对不同叶片安放角下的混流泵的加权平均效率有所提升,并且对导叶内部流动状况有所改善,从而使得叶轮和导叶之间的适应性得到提升
顾琦[8]（2020）在《不同叶片数下混流泵加速流特性及其空化机理研究》文中提出近年来,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ns=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=1.0Qopt),启动时间（Ts=2s）,进口压力(Pin=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,其轴频强度显着减弱,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0.6Qopt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涡现象,五叶片叶轮流道内的垂直空化涡云团变大,出现了空化不稳定性。综上所述,发现在泵启动过程中,五叶片叶轮内部初生空化延迟,并且空化体积最小,所以通过增加叶片数可以抑制启动过程中空化发生。
尚婷[9]（2020）在《螺旋混流式泵喷推进器直航变加速及偏航动力学特性》文中研究指明喷水推进泵的研究越来越受国内外学者的关注,对喷水推进泵装艇后潜艇运动的研究主要集中在动力学特性和运动状态这两方面。水下潜艇在航行时有大量的直航加速和平面偏航运动,这些运动的实现基于准确的动力学参数。本文以螺旋混流式泵喷推进器为研究对象,通过RNG k-ε湍流模型对泵喷推进器变加速及偏航运动进行数值计算。为了研究泵喷推进器在不同运动形式下的动力学特性,本文首先通过建立泵喷推进器的变加速动力学数学模型,得出航速函数关系,对比分析不同直航加速状态下动力学参数的变化规律;其次引入漂角,计算并分析泵喷推进器在不同偏航运动状态下的力特性变化规律。本文主要的研究结论如下:（1）对泵喷推进器不同航速下的阻力特性展开分析,研究表明:当推进器的航速达到一定值时,即雷诺数处于阻力平方区时,阻力系数不随航速的增大而变化。通过对不同转速下的推力、扭矩进行数值模拟与试验验证,研究发现:泵喷推进器的推力、扭矩与转速均呈二次函数关系分布,与试验值较一致。（2）通过建立泵喷推进器的变加速动力学数学模型发现:泵喷推进器的航速随时间的变化满足双曲正切函数分布。根据自动控制原理,发现泵喷推进器的航速与加速时间的关系类似于一阶系统的阶跃瞬态响应,时间常数ζ与螺旋混流泵的转速有关。（3）采用基于UDF的变加速初始边界条件对泵喷推进器的加速运动进行数值模拟,研究表明:泵喷推进器的阻力随加速时间的变化与临界阻尼二阶系统的阶跃响应曲线相似。（4）通过对泵喷推进器的偏航运动特性研究发现:阻力系数的变化规律与直航运动相似;漂角、航速是影响泵喷推进器阻力特性的主要因素,在不同航速阶段,阻力的影响因素不同。（5）泵喷推进器受到的总推力随转速呈接近抛物线趋势增长,说明转速是影响总推力的直接因素;转速与漂角直接影响法向推力,法向推力的增长趋势接近抛物线分布。
孟凡[10]（2020）在《双向轴流泵性能优化设计及水动力特性研究》文中认为随着具备双向抽水功能的灌溉排水泵站在沿海、沿江地区的广泛应用,兼顾正、反向水力性能的双向轴流泵需求日益增加。双向轴流泵叶轮由于翼型形状和功能特殊,因此无法直接采用单向叶轮的设计经验。本文首次建立了一种基于NACA 65翼型函数的双向轴流泵自动优化设计平台,设计了一种非对称双向叶轮轴流泵的水力模型;并通过外特性试验与压力脉动测量验证了优化设计效果。然后以非对称双向叶轮为设计原型,首次提出通过修改翼型拱角分布来快速调节双向轴流泵正、反向水力性能的设计方法;并基于非定常计算,对比分析了不同翼型拱角分布下轴流泵的内部湍流强度、熵产损失分布以及叶片水力矩特性。最后,首次通过数值模拟预测了叶根间隙半径对双向轴流泵正、反向水力性能的影响规律,为双向轴流泵叶根间隙的设计提供了参考。具体研究内容如下:1.总结归纳了轴流泵在优化设计、非定常水动力特性以及叶轮间隙流动方面的研究现状。提出一种基于多层神经网络与NACA 65翼型理论的双向轴流泵叶轮—导叶匹配优化设计方法。基于Workbench平台、Matlab代码驱动以及NACA 65翼型函数,实现了三维造型、结构网格划分以及数值模拟计算的自动优化平台。以某一单向轴流泵作为原始方案,将该轴流泵在正、反向设计流量下的水力效率与扬程作为优化目标,通过多目标遗传算法求解基于多层神经网络搭建的近似模型,获得了正、反向水力性能均能满足设计要求的非对称双向叶轮轴流泵。2.为了验证优化设计效果与水泵运行稳定性,搭建了非对称双向叶轮轴流泵外特性与压力脉动测量试验系统,分别测量了不同叶片安放角度的双向轴流泵水力性能参数和不同监测点位置（直管流道出口、导叶进口、弯管流道入口）的动态压力信号。基于功率谱函数与短时傅里叶变换对压力信号进行了时、频域分析。在叶轮入口前方管道内设计了“十”字形隔板,并重新测量了有隔板方案下的正向外特性参数。结果表明:（1）试验测量值与数值模拟值的相对误差满足要求,优化设计方案具有可靠性。（2）3个监测点的压力脉动强度及主频幅值均随扬程的增高而呈上升趋势。受叶轮—导叶动静干涉作用的影响,导叶进口处的压力脉动主频为叶频,且在高扬程及设计扬程工况下,该位置的主频幅值均为最高。（3）将有、无隔板方案的正向外特性参数对比分析后可知,进水流道隔板可以有效遏止叶轮进口预旋的生成,提高轴流泵在小流量工况下的运行稳定性。3.提出了一种快速调节双向叶轮正、反向水力性能的设计方法。以优化设计后的双向轴流泵叶轮方案（非对称双向叶轮）为原型,通过修改翼型截面上拱角的分布情况,设计了2种适用于不同工程要求的轴流泵叶轮（单向叶轮、对称双向叶轮）。对3种叶轮方案下的轴流泵进行非定常数值计算,研究了不同叶轮翼型对轴流泵内部湍流强度的影响。计算结果表明:（1）正向设计流量与正向设计效率随翼型拱角增大分别呈增大与上升趋势;但是反向设计流量与反向设计效率随翼型拱角增大分别呈减小与下降趋势。（2）在正向设计流量工况下,叶片上、下表面压差和叶轮内部低速区面积均随翼型拱角增大而减小;而叶片表面压力波动强度则随翼型拱角增大而增大。（3）在反向设计流量工况下,叶片上、下表面压差和叶轮内部低速区面积随翼型拱角增大而增大;而叶片表面压力波动强度与叶轮内部速度波动强度随翼型拱角增大而下降。4.将熵产理论应用于上述3种叶轮方案的非定常计算结果,并对内部水力损失分布进行了研究。结果表明:（1）熵产水力损失中湍动耗散占主导地位,而导叶、直管以及弯管流道内的直接耗散极小,可以忽略不计。（2）轴流泵正向运行时,叶轮内部湍动耗散高于其余水力部件,且随流量增大呈现先稳步下降后维持稳定的趋势。轴流泵反向运行时,叶轮与直管内部湍动耗散最高,且随流量增大而下降。（3）正向设计流量工况下,叶片前缘处湍动耗散率随翼型拱角增大而降低;但是反向设计流量工况下,叶片前缘处湍动耗散率随翼型拱角增大而上升。5.基于非定常数值计算,获得了上述3种叶轮翼型方案下叶片水力矩随流量的分布情况以及叶片安放角（-2°、0°、+2°）对叶片水力矩的影响规律。根据计算结果可知:（1）叶片水力矩随流量与叶片安放角增大分别呈现减小和增大趋势。（2）正向设计流量工况下,叶片水力矩在第10个叶轮旋转周期内呈现周期性波动,水力矩脉动主频为5倍轴频。水力矩脉动的周期平均值随翼型拱角增大而呈现减小趋势。（3）反向设计流量工况下,叶片水力矩在第10个叶轮旋转周期内出现不稳定波动,水力矩脉动主频为轴频。水力矩脉动的周期平均值与主频幅值随翼型拱角增大而分别呈现增大和减小趋势。6.针对双向轴流泵叶轮设计了5种不同径向半径的叶根间隙,对5种叶根间隙方案下的轴流泵进行定常数值模拟计算,研究分析了叶根间隙半径对双向轴流泵外特性及叶轮内部流场的影响规律。结果表明:在大流量工况下,轴流泵水力性能受叶根间隙半径影响最明显。当叶根间隙较大时,叶轮轮毂附近出现大量间隙泄漏流动,且与主流混掺导致间隙附近的叶片表面压力下降。在叶轮出口处,轮毂附近的轴向速度与环量均会由于间隙泄漏流动而出现速度亏损,且叶根间隙越大,速度下降幅度也越大。
二、混流泵叶轮叶片设计方法（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、混流泵叶轮叶片设计方法（论文提纲范文）
（1）混流泵叶轮反设计研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 叶轮机械反设计的研究现状 |
| 1.3 本文主要内容 |
| 2 基本理论及应用工具介绍 |
| 2.1 反设计理论 |
| 2.1.1 中弧面生成方程 |
| 2.1.2 平均流方程 |
| 2.1.3 周期流方程 |
| 2.2 偏微分方程的类型与求解方法简介 |
| 2.3 有限差分法 |
| 2.4 MATLAB简介 |
| 2.5 本章小结 |
| 3 反设计程序的编写 |
| 3.1 流场控制方程 |
| 3.1.1 正交坐标系下平均流方程的推导 |
| 3.1.2 正交坐标系下的周期流方程推导 |
| 3.2 流场控制方程求解程序的实现与结果 |
| 3.2.1 网格划分程序的编写 |
| 3.2.2 控制方程的离散与求解程序的编写 |
| 3.3 中弧面生成方程求解程序的编写 |
| 3.3.1 中弧面生成方程的求解方法 |
| 3.3.2 中弧面包角的初始分布 |
| 3.4 载荷、厚度分布及收敛性分析 |
| 3.4.1 载荷和厚度分布 |
| 3.4.2 收敛准则 |
| 3.5 反设计程序运行结果 |
| 3.5.1 前处理 |
| 3.5.2 计算结果 |
| 3.6 本章小结 |
| 4 反设计程序的验证及应用 |
| 4.1 CFD计算及对比验证 |
| 4.2 反设计程序的应用 |
| 4.3 本章小结 |
| 结论与展望 |
| 参考文献 |
| 附录 A 符号表 |
| 攻读硕士学位期间发表学术论文情况 |
| 致谢 |
（2）混流泵作透平叶轮的数值计算与试验研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景、目的及意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 泵作透平选型与性能预测 |
| 1.2.2 泵作透平水力性能优化 |
| 1.2.3 泵作透平水力稳定性研究 |
| 1.3 主要研究内容 |
| 第二章 混流泵作透平数值计算方案与试验 |
| 2.1 基于CFturbo的叶片造型与模型制造 |
| 2.1.1 CFturbo造型 |
| 2.1.2 泵体与叶轮制造 |
| 2.2 混流泵作透平试验台 |
| 2.2.1 试验台主要设备 |
| 2.2.2 透平试验不确定度分析 |
| 2.2.3 试验步骤 |
| 2.3 数值计算方案 |
| 2.3.1 三维建模 |
| 2.3.2 网格划分与无关性检查 |
| 2.3.3 参数设置及湍流模型选择 |
| 2.4 数值计算与试验结果对比 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 混流泵作透平流动分析 |
| 3.1 外特性分析 |
| 3.2 内部流场分析 |
| 3.2.1 蜗壳内部流场分析 |
| 3.2.2 叶轮内部流场分析 |
| 3.2.3 尾水管内部流场分析 |
| 3.3 水力损失分布 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 叶轮切割对混流泵作透平的影响 |
| 4.1 平行进口叶轮切割 |
| 4.1.1 切割试验 |
| 4.1.2 数值计算 |
| 4.1.3 水力损失分布 |
| 4.1.4 内部流动分析 |
| 4.1.5 理论公式推导泵作透平高效点 |
| 4.2 前后盖板切割 |
| 4.2.1 试验研究 |
| 4.2.2 数值计算 |
| 4.2.3 内部流场分析 |
| 4.2.4 水力损失分布 |
| 4.3 本章小结 |
| 第五章 混流泵作透平叶轮高效设计理论研究 |
| 5.1 叶片进口安放角 |
| 5.1.1 叶轮建模 |
| 5.1.2 外特性分析 |
| 5.1.3 内部流动分析 |
| 5.1.4 叶片压力分布 |
| 5.1.5 水力损失分布 |
| 5.2 叶片出口安放角 |
| 5.2.1 叶轮建模 |
| 5.2.2 叶片出口速度矩计算 |
| 5.2.3 外特性分析 |
| 5.2.4 内部流动分析 |
| 5.2.5 水力损失分布 |
| 5.3 叶轮进口宽度 |
| 5.3.1 叶轮建模 |
| 5.3.2 外特性分析 |
| 5.3.3 内部流动分析 |
| 5.3.4 水力损失分布 |
| 5.4 叶片数 |
| 5.4.1 叶轮建模 |
| 5.4.2 外特性分析 |
| 5.4.3 内部流动分析 |
| 5.4.4 水力损失分布 |
| 5.5 叶片包角 |
| 5.5.1 叶轮建模 |
| 5.5.2 外特性分布 |
| 5.5.3 内部流动分析 |
| 5.5.4 水力损失分布 |
| 5.6 混流泵作透平叶轮高效设计验证 |
| 5.6.1 叶轮建模 |
| 5.6.2 试验验证 |
| 5.7 工程应用 |
| 5.8 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 研究总结 |
| 6.2 研究展望 |
| 参考文献 |
| 在学期间发表的学术论文及其他科研成果 |
| 致谢 |
（3）混流泵内部非稳态旋涡结构特征及涡动力学诊断研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状及发展趋势 |
| 1.2.1 混流泵内流数值模拟研究现状及发展方向 |
| 1.2.2 混流泵内流试验研究现状及发展方向 |
| 1.2.3 涡动力学在流体机械内流领域的研究现状及发展方向 |
| 1.2.4 研究现状小结 |
| 1.3 本文的主要研究内容 |
| 第二章 混流泵内部非稳态流动大涡模拟及结果验证 |
| 2.1 计算模型的建立与网格划分 |
| 2.1.1 几何参数 |
| 2.1.2 计算域建立与网格划分 |
| 2.1.3 网格无关性检验 |
| 2.2 数值计算方法 |
| 2.2.1 控制方程 |
| 2.2.2 大涡模拟方法 |
| 2.3 边界条件与计算方法 |
| 2.4 计算结果验证 |
| 2.5 结果分析 |
| 2.5.1 压力场分析 |
| 2.5.2 速度场分析 |
| 2.6 本章小结 |
| 第三章 不同涡识别方法在混流泵内流分析中的适用性分析 |
| 3.1 涡识别方法理论基础 |
| 3.1.1 第一代涡识别方法 |
| 3.1.2 第二代涡识别方法 |
| 3.1.3 第三代涡识别方法 |
| 3.2 第一代涡识别方法结果分析 |
| 3.2.1 叶轮内不同截面处涡量分布 |
| 3.2.2 导叶内不同截面处涡量分布 |
| 3.2.3 出水管内不同截面处涡量分布 |
| 3.3 第二代涡识别方法结果分析 |
| 3.3.1 基于第二代涡识别方法的涡结构对比分析 |
| 3.3.2 基于第二代涡识别方法的涡大小对比分析 |
| 3.4 第三代涡识别方法初探 |
| 3.4.1 基于第三代涡识别方法的涡结构对比分析 |
| 3.4.2 ε值对Ω方法涡识别结果的影响分析 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 混流泵内非稳态旋涡结构特征及演化规律研究 |
| 4.1 泵内不稳定区域的涡动力学诊断 |
| 4.1.1 边界涡量动力学理论 |
| 4.1.2 BVF诊断结果分析 |
| 4.2 叶轮区域涡结构的演化规律 |
| 4.2.1 叶轮叶缘分离涡的演化规律 |
| 4.2.2 叶轮通道涡的演化规律 |
| 4.2.3 叶片尾缘脱落涡演化规律 |
| 4.3 导叶区域涡结构的演化规律 |
| 4.3.1 导叶通道涡的演化规律 |
| 4.3.2 导叶尾缘脱落涡的演化规律 |
| 4.4 尾水管涡带的演化规律 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 小流量工况下混流泵内部旋涡结构分析 |
| 5.1 Q值的选取对泵内涡结构识别的影响 |
| 5.1.1 叶轮区涡结构提取分析 |
| 5.1.2 导叶区涡结构提取分析 |
| 5.1.3 出水尾管涡结构提取分析 |
| 5.2 小流量工况条件下数值模拟结果分析 |
| 5.2.1 速度场分析 |
| 5.2.2 涡量场分析 |
| 5.3 小流量工况条件下涡结构特征分析 |
| 5.3.1 涡核分布 |
| 5.3.2 Q值分布云图 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 工作总结 |
| 6.2 工作展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 硕士期间发表的学术论文及其他科研成果 |
（4）混流泵装置内部流动及水动力特性研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 混流泵装置进水池旋涡研究现状 |
| 1.3 混流泵装置内流特性和能量特性研究现状 |
| 1.4 混流泵压力脉动研究现状 |
| 1.5 混流泵轴向力和径向力研究现状 |
| 1.6 本文主要研究内容 |
| 第二章 研究对象和方法 |
| 2.1 研究对象 |
| 2.2 试验测试装置和方法 |
| 2.2.1 试验装置 |
| 2.2.2 PIV内流场测试系统 |
| 2.2.3 高速摄影图像采集系统 |
| 2.2.4 试验方案及步骤 |
| 2.3 数值计算方法 |
| 2.3.1 物理模型及网格划分 |
| 2.3.2 数值计算模型和边界条件 |
| 2.3.3 网格无关性检验 |
| 2.4 研究结果分析方法 |
| 2.4.1 能量特性分析方法 |
| 2.4.2 水泵进口速度均匀度分析方法 |
| 2.4.3 内流特性分析方法 |
| 2.4.4 压力分析方法 |
| 2.4.5 轴向力和径向力分析方法 |
| 2.4.6 表面涡分析方法 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 混流泵装置性能及流动特性研究 |
| 3.1 混流泵装置扬程和效率 |
| 3.2 导水锥内流特性 |
| 3.3 喇叭管内流特性 |
| 3.4 进水池表面涡气带形态特性 |
| 3.5 进水池表面涡间相互作用 |
| 3.6 本章小结 |
| 第四章 混流泵装置进水池内流特性研究 |
| 4.1 进水池水力损失及阻力系数 |
| 4.2 泵进口流动均匀度和偏流角 |
| 4.3 进水池内部流动特性 |
| 4.4 进水池表面涡环量特性 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 混流泵装置水动力特性研究 |
| 5.1 压力脉动特性 |
| 5.1.1 混流泵装置出口处压力脉动特性 |
| 5.1.2 混流泵装置叶轮与导叶间隙处压力脉动特性 |
| 5.2 导水锥和喇叭管处压力特性 |
| 5.3 混流泵叶轮轴向力特性 |
| 5.4 混流泵叶轮径向力特性 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 研究总结 |
| 6.2 研究展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读硕士学位期间参与的科研项目及取得的成果 |
| 一、论文发表 |
| 二、专利申请 |
| 三、参与科研项目 |
（5）弯头与泵内固-液两相流粗颗粒运动与磨损特性的模拟研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 冲蚀磨损国内外研究现状 |
| 1.2.1 颗粒冲蚀模型研究现状 |
| 1.2.2 固-液两相流模型研究现状 |
| 1.3 数值模拟方法研究现状 |
| 1.4 本文主要研究内容 |
| 第2章 数学模型理论基础 |
| 2.1 流体控制方程 |
| 2.2 颗粒运动方程 |
| 2.2.1 曳力模型 |
| 2.2.2 升力模型 |
| 2.2.3 压力梯度力 |
| 2.2.4 虚拟质量力 |
| 2.2.5 颗粒接触模型 |
| 2.3 磨损模型 |
| 2.3.1 E/CRE(Erosion/ Corrosion Research Center)磨损模型 |
| 2.3.2 Oka磨损模型 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 90°弯头内流动与颗粒分布特性分析 |
| 3.1 改进的CFD-DEM数值模型准确性验证 |
| 3.2 弯头几何模型及边界条件设置 |
| 3.3 颗粒模型设计 |
| 3.4 90°弯头内固-液两相流动研究 |
| 3.4.1 网格无关性验证 |
| 3.4.2 90°弯头内二次流分布 |
| 3.4.3 浓度对弯头内颗粒运动的影响 |
| 3.4.4 流速对弯头内颗粒运动的影响 |
| 3.4.5 颗粒尺寸对弯头内颗粒运动的影响 |
| 3.4.6 颗粒形状对颗粒运动的影响 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 90°弯头内壁磨损研究 |
| 4.1 90°弯头磨损模型验证 |
| 4.2 弯头磨损计算 |
| 4.2.1 不同浓度工况下壁面磨损分析 |
| 4.2.2 不同流速下壁面磨损分析 |
| 4.2.3 不同粒径颗粒造成的壁面磨损 |
| 4.2.4 不同颗粒形状造成的壁面磨损 |
| 4.3 本章小结 |
| 第5章 固-液两相输送混流泵叶片磨损分析 |
| 5.1 模型介绍 |
| 5.1.1 混流泵几何模型 |
| 5.1.2 计算模型及边界条件设置 |
| 5.1.3 网格无关性验证 |
| 5.2 模型验证 |
| 5.2.1 泵内颗粒运动预测验证 |
| 5.2.2 泵内磨损合理性说明 |
| 5.3 计算结果分析 |
| 5.3.1 首-次级叶轮和导叶叶片磨损对比 |
| 5.3.2 颗粒浓度对叶片磨损的影响 |
| 5.3.3 偏工况下泵叶片磨损情况分析 |
| 5.3.4 不同球形度的颗粒对叶片磨损情况分析 |
| 5.7 本章小结 |
| 第6章 总结及展望 |
| 6.1 研究总结 |
| 6.2 研究展望 |
| 参考文献 |
| 作者在攻读硕士学位期间取得的相关科研成果 |
| 致谢 |
（6）立式混流泵水力模型开发及性能研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 课题来源 |
| 1.2 研究背景及研究意义 |
| 1.2.1 研究背景 |
| 1.2.2 研究意义 |
| 1.3 国内外研究现状 |
| 2 混流泵过流部件水力模型设计理论及方法 |
| 2.1 混流泵过流部件水力设计理论 |
| 2.1.1 混流泵与轴流泵离心泵的对比分析 |
| 2.1.2 混流泵叶轮的水力设计理论 |
| 2.1.3 混流泵导叶的水力设计 |
| 2.1.4 混流泵蜗壳的水力设计 |
| 2.2 混流泵过流部件水力图绘制 |
| 2.2.1 混流泵叶轮二维图纸绘制 |
| 2.2.2 混流泵导叶二维图纸绘制 |
| 2.2.3 混流泵蜗壳二维图纸绘制 |
| 2.3 本章小结 |
| 3 混流泵全流道三维建模及网格划分 |
| 3.1 混流泵三维建模 |
| 3.1.1 叶轮三维模型建立 |
| 3.1.2 导叶三维模型建立 |
| 3.1.3 蜗壳三维模型建立 |
| 3.2 网格划分 |
| 3.2.1 ANSYS-ICEM软件概述 |
| 3.2.2 计算流体域网格划分 |
| 3.3 网格无关性验证 |
| 3.4 本章小结 |
| 4 混流泵过流部件数值模拟 |
| 4.1 概述 |
| 4.2 控制方程 |
| 4.3 Ansys中的湍流模型 |
| 4.4 数值计算边界条件设定 |
| 4.5 混流泵内部流场计算结果与分析 |
| 4.5.1 混流泵不同流量工况下的速度场分析 |
| 4.5.2 混流泵不同流量工况下的压力场分析 |
| 4.5.3 混流泵不同流量工况下的湍动能分析 |
| 4.6 外特性分析 |
| 4.7 本章小结 |
| 5 混流泵过流部件压力脉动计算 |
| 5.1 叶轮流道内压力脉动分析 |
| 5.2 导叶内压力脉动分析 |
| 5.3 螺旋型压水室压力脉动分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 6 含沙水中混流泵的数值模拟及结果分析 |
| 6.1 求解条件设置 |
| 6.2 含沙水中混流泵的数值模拟结果分析 |
| 6.2.1 叶轮内部沙粒分布 |
| 6.2.2 导叶内部流动状况及结果分析 |
| 6.2.3 蜗壳内部流动状况及结果分析 |
| 6.3 含沙水压力脉动情况 |
| 6.3.1 叶轮在含沙水中的压力脉动分析 |
| 6.3.2 导叶在含沙水中的压力脉动分析 |
| 6.3.3 蜗壳在含沙水中的压力脉动分析 |
| 6.4 本章小结 |
| 7 结论与展望 |
| 7.1 研究总结 |
| 7.2 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表论文及科研成果 |
| 致谢 |
（7）可调叶片式混流泵内部三维湍涡结构分析及优化设计研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状及发展趋势 |
| 1.2.1 可调叶片式混流泵研究现状 |
| 1.2.2 流体机械内部涡结构研究现状 |
| 1.2.3 研究现状小结 |
| 1.3 本文的主要研究内容 |
| 第二章 可调叶片式混流泵内流场数值模拟及结果验证 |
| 2.1 可调叶片式混流泵设计参数 |
| 2.2 可调叶片式混流泵计算模型建立 |
| 2.2.1 叶片安放角的确定 |
| 2.2.2 三维模型建立 |
| 2.2.3 可调叶片式混流泵计算域 |
| 2.3 计算方法 |
| 2.3.1 控制方程 |
| 2.3.2 边界条件 |
| 2.3.3 计算设置 |
| 2.3.4 湍流模型的选择 |
| 2.4 网格划分及网格无关性检验 |
| 2.5 计算结果验证 |
| 2.6 本章小结 |
| 第三章 不同叶片安放角时混流泵内流场及水力性能分析 |
| 3.1 不同叶片安放角时混流泵内流场分析 |
| 3.1.1 压力场分析 |
| 3.1.2 速度场分析 |
| 3.1.3 湍动能分析 |
| 3.2 不同叶片安放角时混流泵外特性分析 |
| 3.2.1 流量-扬程特性曲线分析 |
| 3.2.2 流量-效率特性曲线分析 |
| 3.2.3 流量-功率特性曲线分析 |
| 3.3 本章小结 |
| 第四章 不同叶片安放角时混流泵内部旋涡结构分析 |
| 4.1 基于第一代涡识别方法的混流泵内部旋涡结构分析 |
| 4.1.1 第一代涡识别方法相关理论 |
| 4.1.2 叶轮通道不同截面的涡量分布 |
| 4.1.3 导叶通道不同截面的涡量分布 |
| 4.2 基于第二代涡识别方法的混流泵内部旋涡结构分析 |
| 4.2.1 第二代涡识别方法相关理论 |
| 4.2.2 第二代涡识别方法的适用性分析 |
| 4.2.3 基于Q准则的混流泵内部旋涡结构分析 |
| 4.3 基于第三代涡识别方法的混流泵内部旋涡结构分析 |
| 4.3.1 第三代涡识别方法相关理论 |
| 4.3.2 基于Liutex方法的混流泵内部旋涡结构分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 可调叶片式混流泵叶轮和导叶的适应性分析及优化设计 |
| 5.1 适应性的定义 |
| 5.2 叶片安放角对叶轮适应性的影响 |
| 5.2.1 叶轮效率的定义 |
| 5.2.2 叶片安放角对叶轮效率的影响 |
| 5.3 叶片安放角对导叶适应性的影响 |
| 5.3.1 导叶损失的定义 |
| 5.3.2 叶片安放角对导叶损失的影响 |
| 5.4 叶轮-导叶的匹配度分析 |
| 5.4.1 叶片安放角对叶轮-导叶动静干涉的影响 |
| 5.4.2 叶片安放角对导叶内涡结构分布的影响 |
| 5.5 导叶的优化设计 |
| 5.5.1 优化方案的建立 |
| 5.5.2 优化结果与分析 |
| 5.6 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 工作总结 |
| 6.2 工作展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 硕士期间发表的学术论文 |
（8）不同叶片数下混流泵加速流特性及其空化机理研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 课题研究背景及现实意义 |
| 1.2 国内外研究现状评述 |
| 1.2.1 水力机械启动过程国内外研究现状 |
| 1.2.2 水力机械内部空化国内外研究现状 |
| 1.3 本文主要研究内容 |
| 第二章 混流泵启动过程理论与试验验证 |
| 2.1 瞬态扬程理论方程 |
| 2.1.1 角动量方程 |
| 2.1.2 能量方程 |
| 2.1.3 管路特性方程 |
| 2.2 试验设备 |
| 2.2.1 试验台设置 |
| 2.2.2 试验叶轮 |
| 2.2.3 理论验证 |
| 2.2.4 不同工况对导叶出口压力影响 |
| 2.3 本章小结 |
| 第三章 不同叶片数混流泵启动过程瞬态空化特性数值模拟 |
| 3.1 计算流体动力学理论 |
| 3.1.1 CFD控制方程 |
| 3.1.2 湍流模型 |
| 3.1.3 空化模型 |
| 3.2 不同叶片数混流泵稳态特性数值计算 |
| 3.2.1 几何模型 |
| 3.2.2 计算模型 |
| 3.2.3 网格划分 |
| 3.2.4 计算方法 |
| 3.2.5 网格无关性验证 |
| 3.2.6 稳态模拟与试验性能对比 |
| 3.2.7 汽蚀性能的比较 |
| 3.3 不同叶片数混流泵启动过程空化特性数值计算 |
| 3.3.1 泵内空化类型 |
| 3.3.2 计算方法 |
| 3.4 不同叶片数叶轮启动空化数值模拟结果与分析 |
| 3.4.1 不同叶片数叶轮启动过程空泡体积变化 |
| 3.4.2 三叶片叶轮启动过程空化形态时空演变 |
| 3.4.3 不同叶片数叶轮启动过程空化形态对比分析 |
| 3.4.4 不同叶片数叶轮启动过程叶片载荷分布特性 |
| 3.4.5 不同叶片数叶轮启动过程泄漏涡空间结构的瞬态特性 |
| 3.4.6 不同叶片数叶轮启动过程泄漏涡平面结构的瞬态特性 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 不同叶片数混流泵启动过程瞬态压力与可视化试验研究 |
| 4.1 试验目的 |
| 4.2 试验台及测量系统 |
| 4.3 试验方案及步骤 |
| 4.3.1 稳态外特性试验方法 |
| 4.3.2 瞬态压力试验方法 |
| 4.3.3 高速摄影试验方法 |
| 4.4 稳态外特性结果分析 |
| 4.5 瞬态压力信号分析 |
| 4.5.1 不同进口压力小波变换时频分析 |
| 4.5.2 不同启动时间小波变换时频分析 |
| 4.5.3 不同流量工况小波变换时频分析 |
| 4.6 叶顶区可视化试验结果与分析 |
| 4.6.1 三叶片叶轮不同空化数空化形态与演化 |
| 4.6.2 三叶片叶轮不同流量工况空化形态与演化 |
| 4.6.3 不同叶片数叶轮不同空化数空化形态与演化 |
| 4.7 本章小结 |
| 第五章 总结与展望 |
| 5.1 研究总结 |
| 5.2 工作展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读硕士发表的学术论文及参加的科研工作 |
（9）螺旋混流式泵喷推进器直航变加速及偏航动力学特性（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题名称及来源 |
| 1.2 研究背景及意义 |
| 1.3 国内外研究现状 |
| 1.3.1 泵喷推进技术的特点 |
| 1.3.2 泵喷推进技术的研究现状 |
| 1.3.3 泵喷推进器加速运动的研究现状 |
| 1.3.4 泵喷推进器偏航运动的研究现状 |
| 1.4 本文主要研究内容 |
| 1.5 本章小结 |
| 第2章 泵喷推进器内流和外部绕流的数值计算方法 |
| 2.1 内部流动数值计算方法 |
| 2.1.1 湍流流动基本控制方程 |
| 2.1.2 湍流模型 |
| 2.2 控制方程的离散方法及数值求解 |
| 2.2.1 控制方程的离散方法 |
| 2.2.2 控制方程的数值求解 |
| 2.3 本章小结 |
| 第3章 泵喷推进器加速运动数值计算模型与试验验证 |
| 3.1 泵喷推进器数值计算模型 |
| 3.1.1 螺旋混流泵设计参数 |
| 3.1.2 泵喷推进器几何模型 |
| 3.1.3 螺旋混流泵水体模型 |
| 3.1.4 泵喷推进器三维模型 |
| 3.2 网格划分 |
| 3.2.1 泵喷推进器计算域网格划分 |
| 3.2.2 网格无关性检验 |
| 3.3 数值模拟结果的准确性验证 |
| 3.3.1 泵喷推进器数值计算模型 |
| 3.3.2 边界条件与初始条件 |
| 3.3.3 泵喷推进器系统试验 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 泵喷推进器的直航变加速动力学数学模型 |
| 4.1 泵喷推进器变加速运动研究思路 |
| 4.2 泵喷推进器直航变加速运动数学模型 |
| 4.2.1 螺旋混流泵的推力数学模型 |
| 4.2.2 泵喷推进器加速运动数学模型 |
| 4.3 本章小结 |
| 第5章 泵喷推进器的直航变加速动力学特性 |
| 5.1 边界条件和初始条件 |
| 5.2 泵喷推进器的加速动力学特性 |
| 5.2.1 泵喷推进器加速运动航速关系 |
| 5.2.2 泵喷推进器加速运动特性分析 |
| 5.2.3 泵喷推进器推进特性分析 |
| 5.3 螺旋混流泵内部压力脉动特性 |
| 5.3.1 时域分析 |
| 5.3.2 频域分析 |
| 5.4 螺旋混流泵叶轮内力特性分析 |
| 5.4.1 螺旋混流泵叶片载荷分析 |
| 5.4.2 螺旋混流泵叶轮径向力分析 |
| 5.5 本章小结 |
| 第6章 泵喷推进器的偏航动力学特性 |
| 6.1 偏航运动理论基础 |
| 6.1.1 坐标系 |
| 6.1.2 偏航运动水动力角 |
| 6.1.3 平面运动假设 |
| 6.2 偏航运动的数值模拟 |
| 6.3 螺旋混流泵外特性 |
| 6.4 泵喷推进器的推进特性 |
| 6.4.1 不同航速下推阻力特性 |
| 6.4.2 不同转速下推阻力特性 |
| 6.4.3 推力矢量特性 |
| 6.5 螺旋混流泵的扭矩特性 |
| 6.6 螺旋混流泵叶片载荷分析 |
| 6.7 本章小结 |
| 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 附录A 攻读硕士学位期间取得的科研成果 |
（10）双向轴流泵性能优化设计及水动力特性研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 主要符号说明 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 轴流泵叶片设计方法 |
| 1.2.2 水泵三维优化设计理论 |
| 1.2.3 轴流泵叶轮间隙流动研究 |
| 1.2.4 轴流泵水动力特性研究 |
| 1.3 本文主要研究内容 |
| 第二章 双向轴流泵叶轮-导叶匹配设计优化 |
| 2.1 双向轴流泵参数化设计 |
| 2.1.1 原始设计模型 |
| 2.1.2 基于NACA65翼型理论的叶轮参数化设计 |
| 2.1.3 基于流线法的导叶参数化设计 |
| 2.2 基于CFD的双向轴流泵叶轮—导叶匹配优化 |
| 2.2.1 网格划分与边界条件设置 |
| 2.2.2 具体优化设计步骤 |
| 2.2.3 优化目标函数 |
| 2.2.4 基于正交试验的导叶设计变量确定 |
| 2.2.5 拉丁超立方与多层神经网络 |
| 2.2.6 多目标遗传算法 |
| 2.3 结果与分析 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 双向轴流泵能量特性试验与压力脉动测量 |
| 3.1 双向轴流泵试验台介绍 |
| 3.1.1 试验台结构与试验仪器介绍 |
| 3.1.2 试验台综合不确定度计算 |
| 3.2 非对称双向叶轮轴流泵能量特性试验 |
| 3.2.1 优化设计方案验证 |
| 3.2.2 多角度能量特性试验 |
| 3.3 双向轴流泵压力脉动测量 |
| 3.3.1 压力脉动强度 |
| 3.3.2 功率谱分析 |
| 3.3.3 时频域联合分析 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 不同轴流泵叶轮翼型的湍流强度分析 |
| 4.1 三种叶轮翼型方案 |
| 4.2 非定常数值模拟方法 |
| 4.2.1 网格划分 |
| 4.2.2 边界条件设置 |
| 4.3 试验验证 |
| 4.4 计算结果与分析 |
| 4.4.1 三种叶轮方案下的轴流泵外特性参数 |
| 4.4.2 三种叶轮方案下非定常压力分布特性 |
| 4.4.3 三种叶轮方案下非定常速度分布特性 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 不同轴流泵叶轮翼型的熵产水力损失分析 |
| 5.1 熵产理论 |
| 5.2 计算结果分析 |
| 5.2.1 基于熵产理论的耗散分布 |
| 5.2.2 基于熵产理论的湍动耗散率分布 |
| 5.3 本章小结 |
| 第六章 不同轴流泵叶轮翼型的水力矩特性分析 |
| 6.1 叶片水力矩定义 |
| 6.2 不同叶片翼型对叶片水力矩特性的影响 |
| 6.2.1 不同翼型方案下叶片表面载荷分布 |
| 6.2.2 不同翼型方案下叶片水力矩分布 |
| 6.3 不同叶片安放角对叶片水力矩特性的影响 |
| 6.3.1 计算结果验证 |
| 6.3.2 不同叶片安放角下叶片表面载荷分布 |
| 6.3.3 不同叶片安放角下叶片水力矩分布 |
| 6.4 本章小结 |
| 第七章 叶根间隙对双向轴流泵水力性能的影响 |
| 7.1 数值模拟设置 |
| 7.1.1 三维造型与网格划分 |
| 7.1.2 边界条件设置 |
| 7.2 数值模拟结果验证 |
| 7.3 结果分析与讨论 |
| 7.3.1 叶根间隙半径对双向轴流泵外特性的影响 |
| 7.3.2 叶根间隙半径对双向轴流泵内流场的影响 |
| 7.4 本章小结 |
| 第八章 总结与展望 |
| 8.1 研究总结 |
| 8.2 研究展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者在攻读博士学位期间取得的科研成果 |
四、混流泵叶轮叶片设计方法（论文参考文献）
- [1]混流泵叶轮反设计研究[D]. 菅鸿飞. 大连理工大学, 2021(01)
- [2]混流泵作透平叶轮的数值计算与试验研究[D]. 邵珂. 江苏大学, 2020(02)
- [3]混流泵内部非稳态旋涡结构特征及涡动力学诊断研究[D]. 谢昀彤. 江苏大学, 2020(02)
- [4]混流泵装置内部流动及水动力特性研究[D]. 张子龙. 江苏大学, 2020(02)
- [5]弯头与泵内固-液两相流粗颗粒运动与磨损特性的模拟研究[D]. 邵文博. 江苏大学, 2020(02)
- [6]立式混流泵水力模型开发及性能研究[D]. 常方圆. 西华大学, 2020(01)
- [7]可调叶片式混流泵内部三维湍涡结构分析及优化设计研究[D]. 廖文言. 江苏大学, 2020(02)
- [8]不同叶片数下混流泵加速流特性及其空化机理研究[D]. 顾琦. 江苏大学, 2020(02)
- [9]螺旋混流式泵喷推进器直航变加速及偏航动力学特性[D]. 尚婷. 兰州理工大学, 2020(12)
- [10]双向轴流泵性能优化设计及水动力特性研究[D]. 孟凡. 江苏大学, 2020(03)