混流式气液两相泵叶顶泄漏涡动力学特性

半开式气液混输泵的叶顶泄漏涡往往伴随着较多的气泡,诱发泵的不稳定现象。为了研究泵内水气混合泄漏涡的动力学特性,本文基于欧拉-欧拉非均相双流体模型以及MUSIG气泡分布模型对三级半开式混流泵进行了数值模拟研究。采用高速摄像技术捕捉到了一个叶轮叶片周期内的叶顶泄漏涡轨迹、结构及其发展过程。研究结果表明:在叶顶间隙附近区域,科氏力项引起的涡量耗散最大,其次是拉伸扭曲项。膨胀收缩项和斜压扭矩项的大小比前两项下降一个数量级,且只在气液两相工况作用并随着进口含气率增加而增加。半开式气液两相泵的气相聚集区影响涡量耗散区的位置,叶轮的旋转作用是诱发涡量耗散的主要原因。

核子钟技术研究动态

原子核跃迁的新型时钟——核子钟具有重要的研究价值,其原理是利用原子核跃迁产生的电磁波频率对时间进行精确计量。目前,最有希望用于核子钟的原子核被认为是^(229)Th核的第一激发态^(229m)Th。如何将^(229)Th核激发至第一激发态与获得第一激发态^(229m)Th的参数是目前的研究重点。最新激发态能量的测量数据为E_(is)=8.28±0.17 eV,对应于直接光激发^(229)Th至^(229m)Th所需的光波长为149.7±3.1 nm。这对激发态的直接激光激发提供了数据参考。除直接激光激发外,电子桥激发也是一种值得考虑的间接激发方式。同时,介绍了核子钟技术的一些潜在应用,如秒的新定义、研究基本常数的时间变化和暗物质探测等。

进口管壁面轴向开槽消除轴流泵特性曲线驼峰

当轴流泵在小流量工况下运行时,由于叶轮进口的冲角增大,导致在叶轮内产生脱流等不稳定流动结构,降低泵的水力性能。该文采用计算流体动力学分析方法对轴流泵内部流场进行了研究,结果表明:该轴流泵的特性曲线存在明显的驼峰区域,在0.3到0.61倍最优流量工况区间,轴流泵的扬程和效率明显下降。在临界失速工况下(0.61倍最优流量工况),叶片吸力面前缘靠近轮缘处及叶片尾缘靠近轮毂处均出现了脱流;在深度失速工况下(0.45倍最优流量工况),脱流进一步发展,并与来流共同作用形成稳定的涡旋结构,阻塞整个流道。为了提高轴流泵在小流量工况下的水力性能,引入一种轴流泵进口管开槽技术,分析其对轴流泵内部流场的影响及驼峰的改善作用。结果表明:在小流量工况下,轴向开槽可以减小叶轮进口环量和冲角,可以减小叶片背部的脱流,轴流泵的驼峰得到明显的改善。开槽深度是改善轴流泵小流量工况下驼峰的重要因素之一,当槽深与叶轮直径比为0.02时,叶轮内的通道涡几乎完全消除,轴流泵深度失速工况点的扬程、效率分别提高了66%和32%,极大地改善了轴流泵的水力性能。沟槽数目越多,槽长越长,消除驼峰的能力越好,60个沟槽与2/3倍叶轮直径的槽长在其他参数相同的条件下消除驼峰的能力更强。该文可为避免轴流泵内部的失速流动以及消除水力性能曲线上的驼峰相关研究提供参考。

气液两相离心泵受力特性分析

离心泵在气液两相流工况运行时,叶轮内部流动极不稳定,为了研究叶轮在该工况下的受力情况,该文采用计算流体动力学的方法对某一气液两相离心泵进行了研究。基于欧拉-欧拉非均相流模型及SST湍流模型求解气液两相流离心泵的三维湍流流场,并将数值模拟结果与试验数据对比,两者吻合较好。通过对不同含气率工况下的离心泵瞬态特性进行分析发现,叶轮所受轴向力的大小随着时间的变化而波动,进口含气率达到3%时,轴向力脉动出现明显的峰值,这些峰值所对应的频率均为叶轮转频,随着进口含气率的增加,出现了2个及以上的峰值,进口含气率为7%工况的轴向力脉动峰值是3%工况的3倍,是5%工况的2倍;叶轮所受径向力大小及径向力脉动幅值均随进口含气率的增加呈先增加后减小的趋势,各工况下径向力脉动峰值所对应的频率均为叶片转频的倍数;通过分析进口含气率分别为1%、3%及7%工况下叶轮中间截面的含气率分布、涡量分布以及静压分布可得,叶轮内含气率较高区域的涡量也较大,而该区域的压力分布也不均匀,由此可见,叶轮内气液分布不均导致了叶轮内的压力分布不均,从而使叶轮受力不均。

冲击式水轮机技术进展与发展趋势

与反击式水轮机相比,冲击式水轮机有着应用水头高和高效率工况范围宽的优点,是开发高水头水电能源的核心装备。然而,冲击式水轮机内部为开放式、多相非稳态流场,存在多种流动状态转换以及多部件相互匹配的复杂流动特性,影响着水轮机性能的好坏,进而决定着高水头水电能源的开发利用率。可视化试验技术、计算流体力学、有限元法和人工智能优化设计算法的快速发展加速了冲击式水轮机的技术发展。我国的冲击式水轮机技术起步较晚但发展迅速,经历了从无到有、自主设计和提升改进3个阶段,特别是近20年我国冲击式水轮机技术取得了突破性进展。本文在全面综合国内外冲击式水轮机领域研究成果的基础上,以近20年来冲击式水轮机技术的主要研究进展为重点,从水轮机内部流动特性、泥沙磨蚀研究、失效分析研究及优化设计理论等4个部分对冲击式水轮机技术进展进行了综述,探讨了冲击式水轮机性能分析和优化设计中存在的一些问题,并对冲击式水轮机技术的发展趋势进行了总结和展望。

自由液面及水体重力对贯流式水轮机叶片应力应变的影响

贯流式水轮机在实际运行过程中受力不对称,这使得叶片容易出现疲劳损坏、裂纹等问题,为准确地揭示贯流式水轮机内部流动状态,分析水轮机振动及叶片疲劳损坏的内在原因,该研究在考虑上下游库区自由液面及水体重力的情况下对灯泡贯流式水轮机进行真机流动性能的数值研究,并采用流固耦合的方法对不同工况下转轮叶片进行应力应变分析。结果表明:受水体重力产生的静水压力影响,贯流式水轮机叶片旋转的过程中经历周期性的压力波动,且水头越低、转轮淹没深度越大,叶片表面所承受的压力波动幅值越大;叶片的形变量沿半径方向逐渐增大,叶片位于0°位置时,静水压力方向与叶片表面动水压力方向一致且相互叠加,使得叶片产生最大形变量,叶片处于180°位置时,静水压力推动叶片转动有助于缓解叶片发生形变;由于悬臂梁结构的叶片在轮缘处的应力可以通过形变量得到释放使得此处等效应力接近为0,随着半径的减小等效应力逐渐增大,叶片靠轮毂处受枢轴的约束而使得此处应力出现最大值;水头的增加导致转轮淹没深度减小,使叶片表面承受的静水压力减小,因此叶片上的最大形变量及最大等效应力均有所减小。研究结果对贯流式水轮机转轮叶片设计优化、运行维护具有理论指导意义。

基于EWT-OPRCMDE-ELM的风电机组齿轮箱故障诊断研究

针对复杂运行工况和强背景噪声下风电机组齿轮箱故障特征提取和故障模式识别困难的问题。提出一种经验小波变换(EWT)、最优参数精细复合多尺度散布熵(OPRCMDE)和极限学习机(ELM)相结合的故障诊断方法。首先,利用经验小波变换将原始振动信号分解为若干子模态分量(EWF),通过相关系数选取EWF进行信号重构。其次,提取重构信号的最优参数精细复合多尺度散布熵构成故障特征向量,并通过Relief-F算法对特征向量作进一步筛选,剔除冗余。最后,利用极限学习机进行故障诊断。试验分析结果表明,所提方法能够有效提取区分度明显的风电机组齿轮箱故障特征,实现了齿轮箱故障的准确识别。该研究为风电机组齿轮箱故障诊断研究提供了参考,同时具有一定的实际工程应用价值。

学术职业制度变革的实践逻辑及政策限度研究

当前,我国学术职业制度变革呈现出“竞争与效率”的新特征。项目制和契约化为载体的竞争性机制为激活教师群体创造力,推动高校学术创新提供了重要动力。而制度变革政策限度边界的模糊,则导致学术功利化、学术个体化和学术失范等一系列问题。因此,探讨高校学术职业制度变革的实践逻辑及政策限度,对于探索符合“双一流”建设战略的高校职业制度创新路径有重要的现实意义。

余压发电贯流式水轮机飞逸特性研究

随着贯流式水轮机发电技术的日益成熟,利用其回收循环水系统余压能的工业应用越来越多。本文将一维特征线(MOC)方法与三维计算流体力学(CFD)方法相结合,开发了一维管网和三维贯流式水轮机耦合模拟方法,模拟了真实系统中贯流式水轮机飞逸过程,探究了该过程中故障水轮机流动特性及转轮受力特性。主要结果表明:由稳态工况到飞逸状态所需的时间随着转动惯量减小而变短;转轮和尾水管域的监测点压力脉动振幅高值均发生在转轮叶频及其高次谐波;飞逸过程中,转轮所受轴向力大幅下降,而径向力表现出大幅增加且剧烈振荡特性;转轮叶片表面压力出现明显的交变规律,负压区位于进水侧叶缘处;尾水管内逐渐形成较大旋涡,并沿着流动方向逐渐向管道壁面发展。

潮汐电站机组变速运行特性研究

针对潮汐电站水头变化频繁且变幅大、水轮机长时间偏离设计工况运行造成的机组运行效率和发电量低的问题,本文提出了一种变转速潮汐水轮发电机组,阐明了机组变速运行特性,分析了其效益。首先,基于水轮机模型综合特性曲线获得了其变速运行最优特性,在此基础上明确了机组在各水头和出力下最优转速的计算方法,为机组变速运行的控制提供了依据。其次,以江厦3号机组为例分析了机组变速运行的水轮机效率变化情况,机组正向运行效率最大提高23.39%,反向运行效率最大提高33.55%,说明变速运行可提高运行效率并改善运行工况。最后,比较了潮汐电站典型潮汐周期内机组变速运行发电量的变化情况,江厦电站3号机组发电量提高约3.65%,其中正向发电时长延长3 min,发电量提高0.97%,反向发电时长延长8 min,发电量提高10.40%,说明机组变速运行可延长发电时长、提高发电量。结果表明:机组变速运行是提高潮汐电站机组综合效益的有效途径。

高热流条件下过冷沸腾流动阻力特性试验研究

过冷沸腾在高热流冷却场合得到了广泛的应用,如聚变堆偏滤器冷却、压水堆堆芯冷却。其中,过冷沸腾流动阻力是换热系统设计的关键内容之一。试验研究了高热流条件下竖直通道内水的过冷沸腾流动阻力特性,试验段为内径6 mm、长径比44.4的不锈钢圆管。试验参数范围:热通量7.5-12.5 MW/m^2,质量流速6000-10000kg/(m^2·s),系统压力3-5 MPa,进口流体温度80-200℃。分析了质量流速、热通量、压力、沸腾数、Jacob数等参数对阻力的影响。结果显示,过冷沸腾流动阻力随着热流及质量流速的增加而增加,随压力增加而减小。将试验数据与文献中的经验关联式作对比,结果表明各关联式的预测误差较大,主要归结于拟合参数及工作流体的差异。研究发现管径尺寸效应也是影响阻力的一个因素,为此在前期成果的基础上,提出了一个添加管径因素修正项的经验关联式,该关联式的预测误差在±18%范围内。

设平衡孔时气液混输泵内部流动及轴向力分析

本文采用两相混合模型进行数值模拟计算,探究了不同进口含气率条件下,设置平衡孔对气液混输泵外特性、内部流动及轴向力的影响。研究发现:各工况条件下,设置平衡孔后该混输泵的轴向力均明显减小;从平衡系统回流的高压流体对转轮内部流动状态产生扰动,同时能破坏和夹带转轮流道内聚集的气泡;综合考虑对混输泵的性能和轴向力的影响,在较低进口含气率时采用平衡孔方法平衡混输泵轴向力的方法是可行的;平衡系统进出口压力系数随比面积系数增大而非线性减小,平衡孔的直径过大会导致混输泵的容积损失问题,因此平衡孔直径设计存在最佳值;对比发现平衡孔设在转轮叶片吸力面时转轮的轴向力幅值和脉动相对较小。研究结论可为后期多级气液混输泵平衡孔平衡轴向力系统的设计和优化提供思路和借鉴。

高校青年教师的职场困境及职业重构研究

当前,在全球学术职业变革浪潮的影响下,国家从资源配置效率角度出发,通过排他性资源配置与竞争性岗位结构,掀起了学术职业的管理革命。在激活存量和管控增量的理念下,将量化管理嵌入到教师职业发展的全过程,给青年教师群体的学术与生活带来了深远的影响,造成了青年教师在职业角色、资源禀赋、职业话语权和价值选择等方面的现实困境。因此,在当前“放管服”的高校改革背景下,应从学术职业制度、高校职场秩序和青年教师自我重塑等方面着手,打通高校青年教师的职业重构路径。

Numerical simulation on centrifugal pump compressible flow field with different gas volume fractions

In order to study the influence of gas-liquid two-phase flow on the performance and internal flow field of a centrifugal pump,the steady three-dimensional flow with different gas volume fractions was simulated by applying the Reynolds-average N-S equation and mixture gas-liquid two-phase flow model,and the compressibility of gas was taken into consideration in the simulation. Then the centrifugal pump characteristic and the gas distribution law in different gas volume fractions were analyzed. The computational results show that gas volume fraction has a certain influence on the performance of the centrifugal pump,and the efficiency and head of the pump are on the decline with the increase of it.Static pressure in the impeller increases in the radial direction,but the pressure gradient in the flow direction is different under the different gas volume fractions. The gas volume is distributed mainly in the ipsilateral direction of impeller back shroud in the flow channel of the volute. On the suction side of the blade inlet there is an obvious low-pressure area,which causes bubbles agglutination and higher gas volume fraction. With the gas entering passage flow,gas volume fraction in the suction decreases and the pressure surface rises gradually. Higher gas volume fraction causes air blocking phenomenon in the flow passage and the discharge capacity reduces. The increase of gas volume makes the turbulent motion within the impeller more and more intense,which leads to more and more energy loss.

混流泵偏工况下叶顶间隙对气液两相流动规律的影响

气液两相流泵偏离设计工况,特别是在小流量工况下运行时,随进口含气率IGVF (Inlet gas volume fraction)的增加,泵增压能力会突然下降,并伴随剧烈振动。该文采用数值模拟方法研究了叶顶间隙分别为1.0mm和1.7mm的气液两相混流泵在偏工况下的气液两相流动规律,通过对比泵外特性和泄漏涡的数值模拟结果与试验结果,发现该数值模型可较准确地反应泵性能。小流量工况下,大叶顶间隙泵的熵产损失低于小叶顶间隙泵,随着IGVF增加,该差值越大;气液两相泵内的熵产主要由脉动速度引起,其次是壁面熵产,时均速度引起的熵产几乎可忽略。叶轮流道内的旋涡区、气相聚集区、高熵产区以及叶片正背面压差较小的区域位置一致,均位于叶轮叶片中间位置的压力面附近;在叶顶间隙射流的作用下,叶顶间隙越大,这些区域的面积越小。小IGVF时,两个不同叶顶间隙泵叶轮的面平均含气率大小接近;随着IGVF增加,小叶顶间隙泵的面平均含气率总是高于大叶顶间隙泵。因此,在气液两相泵中,叶顶间隙结构可在叶轮内形成高速射流,进而对流场内的不均匀气液两相流形成冲击,使流场混合得更加均匀,泵内介质可更加顺畅地流出叶轮,提高泵的运行稳定性。

水轮机技术进展与发展趋势

水轮机作为水电能源开发的核心机械装备,其性能的优劣决定了水电能源的开发利用率。在现代科技进步的推动下,水轮机技术也取得了长足发展。我国水轮机技术的发展经历了引进、吸收、消化和再创造的过程,特别是近20年的快速发展使我国水轮机技术总体上达到国际先进水平。本文在全面综合国内外水轮机领域研究成果的基础上,以近20年来水轮机技术领域所取得的主要研究进展为重点,分水轮机水动力学基础、水轮机过流部件的优化设计理论及新型水轮机研制三部分对水轮机技术进展进行了综述,探讨了部分研究领域中存在的问题,并对水轮机技术的发展趋势进行了总结和展望。

偏工况下离心泵叶轮内失速特性研究

旋转失速是离心泵内部常见的一种不稳定流动现象,通常发生在小流量工况下,会引起水泵运行时的性能不稳定,严重时会引起整个泵系统的共振。采用CFD方法对某离心泵内的失速现象进行数值模拟,并从外特性曲线、内部流动状况及频域分析三个方面与已有的实验结果进行对比。采用阻塞系数来量化表达叶轮内部的失速状况。结果表明,在0.35倍最优流量(0.35Q_0)下,在叶轮通道间存在着五个失速团,随着时间的推移,五个失速团在不同的通道之间以低于叶轮转频的转动频率在叶轮之间传播。对通道内部监测点的速度波动进行频域分析的结果表明,失速团的旋转频率约为叶轮转频的23.4%,即失速团的旋转角速度为叶轮转速的4.68%。而在0.41Q_0工况下,由于此时造成失速的初始扰动还不足以使失速团相对于叶轮发生转动,离心泵内部出现了"固定失速"的现象。相比于旋转失速,在发生固定失速时,叶道中的阻塞系数波动较小,因此这是一种相对稳定的失速现象。同时,叶轮叶片数对失速的类型有着决定性的影响。

基于分形和概率神经网络的水电机组故障诊断

水电机组振动信号属于非线性、非平稳信号,在不同尺度下呈现一定的相似性,是典型的分形信号。本文运用多重分形方法分析机组振动信号,提取信号的广义维数谱特征,并应用人工鱼群算法优化的概率神经网络进行故障诊断。诊断实例表明,多重分形和概率神经网络结合,能够准确辨别故障类型。与BP和RBF网络相比,该方法诊断识别率更高,速度更快,为机组运行维护人员提供更为可靠的参考依据。

偏工况下气液两相离心泵喘振特性

当离心泵在小流量工况运行且传输介质为气液两相流时,含气率达到某一值时,会发生喘振现象,导致泵的扬程突降。本文采用计算流体动力学分析方法对一气液两相流离心泵进行了研究,通过对外特性曲线进行分析,发现了学者们所提到的喘振现象。为了提高离心泵在气液两相小流量工况下的水力特性,引入一种空腔结构,分析其对气液两相离心泵内部流场的影响及喘振的改善作用。结果表明:在气液两相喘振工况下,空腔结构可以改善叶片正背面的压力分布,均匀气液两相在叶轮流道中的分布,有效减轻离心泵的气堵现象。因此,空腔结构不仅在结构上可以平衡叶轮、减轻泵的整体质量,还可以减轻流场中气液分离现象,避免喘振的发生,提高泵的水力性能。

泵技术进展与发展趋势

泵作为一种典型的水力机械,在国民经济中扮演着重要的角色,其技术进展一直受到多个行业的关注。在各种应用需求的驱动以及材料、力学、信息和计算机等相关学科的带动下,泵理论和技术研究已取得巨大进展。人们对泵内流机理和运行特性的认识更为深入,数字化设计和信息化运维已得到广泛应用,泵产品已逐步具有生态友好和智能化特征。本文以2000年以来泵领域所取得的进展为重点,围绕旋涡泵、离心泵、混流泵、轴流泵和贯流泵等叶片式泵,从产品应用需求出发,针对泵的水动力学、设计技术、振动噪声、节能与运维技术等四个部分对技术进展进行综述,并对泵的发展趋势进行总结和展望。