仿生尾缘对导管桨推进性能的影响

本文依据仿生学原理,在JD75导管后半段增加锯齿状突起以优化导管内部流场、回收部分尾流场能量,从而提高导管螺旋桨的推进性能。结合SST k-ω模型和运动参考系方法,通过计算流体动力学软件计算了Ka4-5508+JD75型导管桨的水动力系数,并与实验值对比,验证此混合型网格划分方法的可靠性。采用控制变量方法探究尾缘突起个数、尾缘长度和尾缘倾斜角度对仿生尾缘导管桨推进性能的影响。研究发现:仿生尾缘导管桨的推力系数和扭矩系数相较传统导管桨最大分别可提升32.4%和24%,推进效率在进速系数为0.7时最大可提高6.7%。此仿生尾缘导管桨更适用于高进速系数下,能够提高效率,减少螺旋桨运行时的噪声。

叶形仿生优化对离心血泵水力性能及溶血特性的影响

离心血泵的优化对于体外膜肺氧合的临床应用具有重要意义。本研究参考座头鲸在深海中作原地转身运动时其鳍状肢的流线形,重新设计血泵的叶片。采用计算流体动力学对血泵性能进行预测和评估;通过水力试验来验证数值计算的准确性;溶血预测模型采用渐进一致数值近似方法。仿真结果表明,叶片尾缘形状对出口隔舌处的流场分布和该区域的壁面剪应力分布均有显著影响;当叶片尾缘达到一定扭转角度时,叶片结构能较好地适应泵内的流场环境,但当扭转角度不足时,流场扰动反而会增大。与原模型相比,扭转角为20°的模型在转速为2500 rpm、流量为5 L/min的工况下,扬程试验结果增加11.6%,水力效率提升3.1%,溶血指数下降40.1%。总的来说,具有一定扭转角度的仿生叶片尾缘结构可以提高半开放式离心血泵的性能。