空间导叶式多级离心泵级间能量损失机理

为探究空间导叶式多级离心泵级间能量损失的原因,以1个单级和1个3级潜水泵为研究对象,通过试验和数值模拟相结合的方法,分析其级间能量损失的机理.对单级和3级潜水泵分别进行全流场外特性试验.基于ANSYS软件对3级潜水泵不同流量点进行数值模拟和内流场分析,着重对各级叶轮进口流态、内部旋涡结构和叶片载荷分析比较.结果表明:小流量工况下,3级潜水泵各级扬程接近且与单级扬程相差不大;额定流量工况和大流量工况下,3级潜水泵第1级扬程与单级扬程仍相差不大,但后2级扬程相比于第1级降低了6%~10%.随着流量的增大,首级叶轮来流稳定性不受影响,其后各级叶轮进流流态变差.后2级叶轮进口液体介质冲角变化使其对叶片进口边的冲击增大.后2级叶轮进口处的涡在流量较大时发展为流向涡,从而引起叶片载荷突变,削弱了叶轮做功能力,导致后2级能量损失.研究结果可为多级离心泵的设计提供理论依据.

对旋轴流通风机叶轮内不可逆能量损失机理

随着节能降耗成为当今世界的迫切需要,提高通风机能量转换效率越来越受到重视,已成为通风领域内关键问题。掌握叶轮内不可逆能量损失演化机制是实现能量高效转化的前提与基础,但目前尚缺乏针对叶轮内不可逆能量损失机理方面的研究。为此,以对旋轴流通风机为研究对象,采用数值模拟和实验方法获得了不同流量工况下通风机内部流场。基于熵产理论,建立了通风机叶轮内不可逆能量损失理论模型,明确了叶轮内不可逆能量损失与空间流场参数的内在关系,实现了叶轮内不同类型能量损失的定量分析,结合叶轮内流动特征,明确了能量损失空间演化规律和产生原因。研究结果表明,熵产方法计算叶轮内不可逆能量损失是可靠的,直接黏性耗散损失和壁面摩擦损失是能量损失的重要组成部分,而湍流耗散则是引起能量损失的主要原因,达到总能量损失的60%~80%;对于前级叶轮,湍流耗散引起的能量损失在1.0Q_(BEP)流量工况(Q_(BEP)为最优工况流量)达到最小,而后级叶轮能量损失随流量的降低而增大。能量损失主要集中在Span=0.6~1.0(Span为叶展方向轮毂至机壳的无量纲距离)区域,在1.0Q_(BEP)工况达到总能量损失的70%;叶顶间隙泄漏流和叶片前缘溢流引起的螺旋旋涡、叶轮内回流、叶片压力面和吸力面流动分离以及叶片后缘尾迹都将导致能量损失产生,其中流动分离和尾迹引起的高能量损失区域较小,能量损失相对有限,而旋涡和回流显著影响叶轮内流体流动,最终导致叶顶附近区域出现大量能量损失。

氯取代近红外双缆共轭高分子材料与低能量损失单组分有机太阳能电池

近红外型双缆共轭高分子材料的光电转换效率(PCE)已经超过了10%,然而较大的能量损失限制了其性能的进一步提升。本工作中,我们合成了两个氯取代的近红外双缆共轭聚合物材料,分别命名为as-DCPIC-Cl和as-DCPIC-2Cl。氯原子的引入使得单组分有机太阳能电池的能量损失低至0.57 eV。其中,基于as-DCPIC-Cl的器件实现了10.14%的PCE,为基于非稠环电子受体的双缆共轭聚合物的最高性能。研究表明,氯原子在实现高性能单组分有机太阳能电池方面具有重要的作用。

基于熵产理论的100MW级光热电站多级熔盐泵内部能量损失特性分布

为了研究多级熔盐泵的能量特性,由于传统压降法无法确定能量损失来源及类型,为此,采用了一种新的分析方法,将数值模拟与熵产理论相结合来研究熔盐泵的内部流动情况及熵产分布。建立了多级熔盐泵三维全流道流体域模型;利用CFD方法对熔盐泵内不同工况下的流动进行了模拟;根据热力学第二定律,基于熵产理论对不同流量下泵内过流部件的能量损失及损失类型进行了定量分析并对各级叶轮和导叶的湍流熵产损失进行了详细讨论。研究结果显示:湍流熵产和壁面熵产是主要的损失类型,两者占能量总损失的99%以上。不同流量工况下,导叶和叶轮是产生能量损失的主要部件,期间产生的损失占总熵产损失的81%以上。各级导叶的湍流熵产随流量增大呈现先下降后上升的趋势,最小熵产出现在1.0Q_(opt)~1.4Q_(opt),且随着级数增加,导叶最小熵产出现的工况更加靠近设计工况。叶轮中的湍流熵产存在明显的级间差异,首级叶轮的湍流熵产随流量增加不断减小,在1.6Q_(opt)工况下达到最小值570.874W,随后略有上升。

基于能量损失模型的轴流泵空化特性研究

以比转速为1500的轴流泵为研究对象,采用SST k-ω湍流模型和ZGB空化模型,基于熵产理论,开展了轴流泵空化特性及能量损失特性研究。数值模拟结果表明:基于ZGB空化模型,轴流泵的临界汽蚀余量为3.7 m;气泡均最先出现在叶片进口边的背面,空化越严重,空泡分布范围越大,严重时充满整个叶轮通道;深度空化的总熵产损失是无空化的1.22倍,叶轮内脉动熵产损失最大,时均熵产损失最小,高损失区域主要分布在叶片表面和尾迹附近。研究成果可为设计低能耗、空化性能优异的旋转机械提供参考。

灯泡贯流泵局部熵产与能量损失特性研究

为了研究大型灯泡贯流泵的能量损失特性,采用基于有限体积法的数值模拟,结合局部熵产率和网格尺度,通过熵产理论定位贯流泵内能量损失较高的局部区域,分析了不同工况下各部件内局部熵产、能量损失和不稳定流动之间的关联。结果表明:贯流泵系统熵产与试验功率损失保持较高的一致性,相比于大流量工况,小流量液流正冲角更容易诱导能量损失;叶轮轮缘局部熵产最高,体积占比14%的轮缘子域耗散熵产占比超过40%,由叶顶区泄漏流和泄漏涡导致;导叶轮毂和轮缘侧耗散熵产较高,且呈现轮毂侧分散、区域大极值小,轮缘侧集中、区域小极值大的分布特性;灯泡体能量损失在小流量工况下集中在尾部渐缩段,在大流量工况下集中在灯泡尾部的尾迹区。该研究成果对大型泵站群水力性能优化设计及高效、稳定运行具有参考价值。

基于熵产-涡量的水泵水轮机转轮能量损失特性

为探究水泵水轮机组因频繁改动活动导叶开度而引起的机组不稳定运行机理,基于熵产理论与涡量理论,采用数值模拟与试验相结合的方法,针对水泵水轮机小流量、高效率和大流量这3种工况开展能量损失特性分析.结果表明:随着活动导叶开度的增加,转轮区域总涡量值增大,高涡量值分布区域及主流区熵产率先减小后增大,壁面熵产率增大;能量损失与流态紊乱程度呈正相关,转轮区域的旋涡流、冲击、摩擦等现象是引起能量损失的重要原因.对相同工况模型进行试验,其结果与数值模拟结果类似,此研究结果为水泵水轮机的设计与效率提升提供了重要依据.

非对称脉冲装置内部流动及能量损失特性

为了了解脉冲射流性能及内部损失机理对提高井下作业效率的影响,以一种非对称脉冲射流装置为研究对象,研究不同形式水动力叶轮和盘阀间隙对装置的脉冲性能影响,并采用熵产理论对装置内能量损失进行定量分析.研究表明:当动盘阀通道和静盘阀孔口契合时,装置该出口处达到最大脉冲速度,采用新型轴流叶轮装置的最大脉冲速度达到47.22 m/s,最大压力脉冲幅值为1.07 MPa,与初始叶轮装置脉冲性能相似;初始叶轮的脉冲射流装置水动力叶轮段总熵产为33.90 W/K,新型轴流叶轮的脉冲射流装置水动力叶轮段总熵产为28.72 W/K,新型轴流叶轮的脉冲射流装置叶轮段能量损失更少;脉冲射流装置可以形成周期性的强非对称性脉冲射流,动盘阀和静盘阀间隙越小,装置脉冲性能越优,能量损失更大.

降低非富勒烯有机太阳能电池能量损失的机制和策略

在过去20年,溶液加工制备本体异质结有机太阳能电池(BHJ-OSCs)发展迅速,其能量转换效率(PCE)已经超过19%,但器件的能量损失(E_(loss ))相对较大,成为限制其光伏性能的瓶颈因素。因此,通过降低能量损失进一步提高OSCs的PCE成为该领域的研究重点。通过对OSCs中光物理过程的分析,讨论了不同能量损失途径的机理,综述了以下四种策略:(1)减小给受体间的能级差,(2)降低能量无序度,(3)提高器件的发光效率,(4)减小重组能。本文系统总结了降低非富勒烯OSCs体系E_(loss )的最新进展,为进一步提高该类器件性能提供重要参考。

潮流能涡轮机水动力性能与能量损失特性分析

为了分析潮流能涡轮机的水动力学性能和评估其能量损失发生的位置与损失机理,以一水平轴涡轮机为研究对象,通过引入熵产理论模型并采用SST k-ω湍流模型对其进行了三维数值模拟研究.研究结果表明:在涡轮机工作范围内,其功率系数C P与推力系数C T值均随尖速比TSR的增大而呈现出先增大而后减小的趋势,涡轮机在高TSR下的瞬时C P与瞬时C T的波动值比低TSR下的大.在相同来流下,涡轮机的黏性耗散熵产值和湍流耗散熵产值均随着TSR的增加而增大,湍流耗散熵产远高于黏性耗散熵产,其在总熵产中的占比达到了99.56%~99.65%.涡轮机在低TSR下的尾流能量损失区域位于叶尖端及轮毂后方,在高TSR下能量损失区域主要位于叶尖端,且高TSR下损失强度要明显大于低TSR下的.此外,涡轮机叶片不同截面处越靠近叶尖,其能量损失也越明显.研究结果揭示了潮流能涡轮机的水力流动特点和能量损失机理,为其优化设计及能量损失识别分析提供了一定的参考依据.

基于熵产理论的不同斜航角下的喷水推进器能量损失

为研究高速进流状态、不同斜航角下的喷水推进器内部流动损失特性,采用SSTk-ε湍流模型对喷水推进器内部流场进行定常计算,并根据熵产理论对不同斜航角下喷水推进器各部件的流动损失特性进行定量分析。研究结果表明,喷水推进器内部能量损失的主要来源是湍流耗散,其熵产比率最高可达91%。斜航角越大,喷水推进器内部流动损失越大,进水流道出口处流动的不均匀度越高,叶轮段高熵产区域越大,且分布不均匀;导叶段能量损失在各斜航角下均较大,导叶各流道轮毂处存在大量紊乱的流线,随着斜航角的增大,形成大面积的分离涡团。

基于数值模拟的单叶片离心泵能量损失分析

为揭示单叶片离心泵效率偏低的主要原因,采用数值模拟的方法对单叶片泵的能量损失进行了详细分析,建立了单叶片离心泵水力损失模型.基于SIMPLEC算法和标准k-ε湍流模型,利用Ansys CFX软件求解三维N-S方程,分析单叶片离心泵在不同流量工况下的湍流耗散损失和壁面摩擦损失,并搭建单叶片离心泵的外特性试验台,验证了数值模拟的准确性.结果表明:单叶片离心泵的能量损失形式主要为耗散损失和摩擦损失,并且泵内的耗散损失明显大于叶片摩擦损失;效率偏低的主要原因是耗散损失较大,具体表现为单叶片离心泵叶轮流道内存在明显的低速区及流动分离区,且压力呈圆周非对称分布;单叶片离心泵从其叶片进口处到出口处的耗散损失、摩擦损失均不断增大;耗散功率、摩擦功率占总功率百分比及叶轮水力效率呈抛物线分布.

轮缘推进器与导管桨水动力及能量损失特性对比研究

作为船舶推进领域的一项卓越应用,轮缘推进器(RDT)具有诸多优点和广阔的应用前景。RDT的结构类似于导管桨(DP),两者主要都由叶片和导管构成。然而,RDT和DP却存在一些结构上的区别,这将引起水动力性能和能量损失分布出现明显的差异。本文采用计算流体力学(CFD)方法,结合SST k-ω湍流模型和熵产理论分析方法对RDT与DP进行数值模拟对比研究。研究结果表明:RDT在全进速范围内比DP具有更高的推力与扭矩,但效率低于DP。二者的能量损失与流动分离、流动摩擦和涡流等不良流动因素密切相关,造成二者能量损失的主要原因为湍流耗散。此外,RDT在全进速范围内比DP也具有更高的熵产。研究结果揭示了二者的水动力及能量损失特性,为其优化设计及能量损失识别提供参考。

海底隧道开挖过程中衬砌结构变形与能量损失

基于流固耦合理论,推导海底隧道圆形衬砌结构水压力计算公式。以汕头湾海底隧道为工程依托,结合有限差分软件FLAC 3D建立全包与半包隧道模型,分析不同海水深度、不同防排水形式下围岩渗流场特征,孔隙水压力、衬砌结构位移和能量变化规律。结果表明:不同海水深度下Ⅱ级围岩段隧道稳定性均明显优于Ⅳ级围岩段,Ⅳ级围岩段全包隧道孔隙水压力均大于半包隧道,Ⅱ级围岩段全包与半包隧道孔隙水压力基本一致;对于隧道衬砌结构位移,同一海水深度下全包、半包隧道相差极小,海水深度小于等于15 m时位移随海水深度增加而稳步小幅增大,海水深度20 m时Ⅱ级围岩段位移剧增,Ⅳ级围岩段增幅较Ⅱ级围岩段小;海水深度小于15 m时,全包、半包隧道的能量差异较小且耗散能略小于弹性应变能,海水深度为15 m(半包隧道)、20 m时耗散能明显大于弹性应变能;隧道围岩塑性区单元数量与海水深度正相关,海水深度从5 m增至10 m、15 m增至20 m时,塑性区单元数量呈跳跃式增长。

小流量工况双吸离心泵能量损失及受力特性分析

为了深入分析小流量工况下双吸式离心泵的能量特性和运行稳定性,本文采用数值模拟的方法研究了不同流量下泵内的熵产损失分布和叶轮受力特性,并通过试验验证证明了计算结果的准确性。研究结果表明:叶轮和蜗壳内的损失是泵损失的主要来源,叶轮损失占比在20%~43%之间,蜗壳的损失占比在54%~73%之间;叶轮内由于动静干涉引起的脉动损失占比更高,蜗壳内壁面损失占比更高。隔板在小流量下的适用性差,其存在不仅会诱发动静干扰带来额外的流动损失,而且会压缩相应流道增加不必要的壁面损失;叶轮所受径向力随流量增大呈先减小后增大的趋势,额定工况点附近受力最小。

轧制加热工过程中能量损失机制与节能技术研究

为了解决轧制加热工过程中的能量损失问题,文章旨在分析能量损失机制并探讨节能技术。鉴于能源消耗与环境影响的现状,通过介绍辊道、热辐射和循环气流等关键区域,分析了热损失的机制及影响因素。提出高效燃烧技术、热能回收、设备优化、温度控制策略以及节能管理与监测等技术应用,以降低能量损失。研究结果表明,采用这些技术可显著减少能量浪费,提高生产效率。因此,在轧制加热工领域,实施综合节能措施具有重要意义。

血流向量成像技术评价房颤患者在心动周期中左心室能量损失特征及相关因素

目的探讨血流向量成像技术(VFM)定量评价心房颤动(AF)患者在心动周期中左心室血流动力学的变化。方法60例AF患者作为AF组,同期60例健康志愿者作为对照组;收集2组受试者一般资料及常规超声心动图参数,对2组受试者进行VFM检查,比较2组受试者心动周期中等容收缩期(IC)、收缩早期(ES)、收缩晚期(LS)、等容舒张期(IVRT)、舒张早期(ED)和舒张晚期(LD)的左室能量损失(EL)差异,分析2组受试者左心室EL的变化特征与常规超声参数的相关性。结果与对照组比较,AF组患者左房内径(LAD)、左室舒张末期内径(LVEDD)、左心室舒张末期容积(LVEDV)、左室收缩末期容积(LVESV)、E/e′均升高,差异均有统计学意义(P<0.05),e′低于对照组,差异有统计学意义(P<0.05);与对照组比较,AF组在ES、LS、ED、LD的EL明显升高(P<0.05),左室LS-EL与LVEDD呈明显正相关(r=0.93,P<0.0001),左室ED-EL与LVEDV、E、E/e′呈明显正相关(r=0.93、0.98、0.95,P<0.0001)、与e′呈明显负相关(r=-0.93,P<0.0001),LVEDV与E、E/e′呈明显正相关(r=0.93、0.97,P<0.0001)、与e′呈明显负相关(r=-0.83,P<0.0001),E与e′呈明显负相关(r=-0.88,P<0.0001)、与E/e′呈明显正相关(r=0.98,P<0.0001),e′与E/e′呈明显负相关(r=-0.84,P<0.0001)。结论AF患者左室血流动力学发生紊乱,使心动周期中多个时相的EL升高。

不同流态下能量损失对闸门泄流特性的影响

为精确控制流量、预测其变化特性,文章采用理论方法推导自由出流、淹没出流条件下流量系数的计算公式,并结合试验现象引入能量损失系数优化公式,主要得出以下结论:淹没出流条件下的能量损失大于自由出流条件下的能量损失,且本文公式计算值与实测值符合程度较高,能精确估计流量特性,研究结果可为预测同类工程流量变化特性提供一定理论参考。

圆形闸门上方组合堰的能量损失研究

为了提高闸门的水力跳跃性能,降低堰体的冲刷,本研究对不同相对宽度、相对高度的组合堰及不同相对直径的闸门进行了能量损耗试验。并得出了组合堰相对宽度、相对高度和闸门开口相对直径与相对能量损失之间最大值和最小值的关系。

商用车动力电池充电分析及能量损失研究

近年来,新能源汽车技术快速发展,产品的品质和水平有很大提高,新能源汽车是商用车市场未来主要竞争赛道之一。如何能够快速充电,以及如何降低充电能量损失已经成为了重要研究课题。本文研究对象建立在LFP动力电池的基础上,对电池充电和充电过程中的能量损失进行分析,为读者在新车型开发时对动力电池选型匹配或计算上给予一定的指导意义。