与时俱进 再创辉煌——热烈祝贺江苏大学流体机械工程技术研究中心成立40周年暨《排灌机械》创刊20周年

介绍了江苏大学流体机械工程技术研究中心的历史沿革、机构设置与主要职能,分析了流体中心在学科建设、科学研究等方面所取得的成绩及为经济建设和社会发展所作出的重要贡献,阐述了流体中心的主要研究方向与特色,提出了今后的发展方向。

高等工程创新人才培养体系研究——以江苏大学流体机械专业为例

高素质创新型人才的培养是高校21世纪面临的重要使命。由此,应依据以"4C"能力为核心的一流人才培养理念和流体机械人才培养体系的创新改革思路,并在实践中注重构建课程新体系以及与之相适应的教材体系,创建立体化的工程实践教学体系,并在实践基础上完善一流人才培养体系的创新机制。

江苏省江水北调工程水量调度

江水北调工程以向江苏境内工农业及城乡生活供水为主,同时保障改善洪泽湖、骆马湖生态,但工程运行现状存在运行成本高、湖泊弃水量大等不足。为此,采用模拟和优化技术相结合的方式,以供水缺额最小、湖泊水位超限制最小和泵站运行成本最低为优先级设定目标函数,构建江水北调工程年水量调度概化模型,开展不同水平年、不同补湖水位以及高水低用3种调度情景分析。结果表明:骆马湖调蓄库容小,调水运行期使得水位波动频繁,中运河泵站会同频开启补湖,且容易达到输水能力上限;适当降低洪泽湖补湖水位,可充分利用湖泊富余水量,使调水成本降低;完全禁止骆马湖高水低用会加重洪泽湖以下梯级线路供水任务的运行负担,同时增加骆马湖的弃水量,适当允许高水低用可使成本减小,减少泵站抽水任务。建立的模型以及相关研究成果可为江水北调工程调度运行提供一定参考。

泵类流体机械研究进展与展望

泵类流体机械作为一门应用学科,近年来在基础理论研究和应用研究等方面取得了一系列成果。归纳总结了泵类流体机械在内部流动数值模拟及测试、现代设计理论及方法、新产品和新技术的研究及应用等方面取得的主要研究成果,分析了泵类流体机械的发展现状及原因,展望了泵类流体机械在现代节能设计方法和优化运行、汽蚀、全寿命成本、流体诱导振动与噪声、学科交叉等方面的发展趋势。

高压锅炉给水泵流体动压机械密封的研究

针对高温高压锅炉给水泵的机械密封端面容易出现磨损或烧损的问题进行分析和研究。阐述流体动压机械密封的工作原理、密封辅助系统的优选以及对高温高压机械密封和换热器的精确设计计算。实践结果表明该高压热水泵流体动压机械密封使用情况良好,并广泛应用于高压热水泵的实际生产中。

我国泵业技术发展展望及江苏大学泵业研究之特色

建国50多年尤其是近年来,我国的泵业技术已经得到了很大发展,已经建设了比较完整的泵研究、设计、开发、制造、试验体系,为我国国民经济各部门提供了各种用泵的需要,为经济和社会的发展作出了积极贡献。泵行业的发展关键在于企业,在于人,而企业的发展战略对我国泵业技术水平的提高具有重要作用。就泵行业企业发展的共性技术江苏大学流体机械工程技术研究中心施卫东教授提出了一些观点。

养殖肥水喷灌条件下摇臂式喷头水力性能研究

【目的】研究不同喷灌介质对喷头水力性能的影响。【方法】以20PY2H摇臂式喷头为研究对象,在不同工作压力下测定了清水和养殖肥水2种喷灌介质对喷头压力-流量、喷头水量分布的影响。通过模拟计算和田间喷灌试验分析相结合的方法,探查喷灌介质、工作压力、组合间距、田间气象条件与喷灌均匀性之间的关系。【结果】(1)与清水灌溉相比,养殖肥水运行下喷头流量降低了2.06%~5.38%,射程前中段径向水量分布差异较大;(2)工作压力为200~300k Pa、组合间距为1.0R~1.4R条件下,MATLAB拟合出的CU模拟值为0.74~0.88,CU试验值为0.66~0.79。复杂的大田气象条件导致喷灌均匀系数下降了6.28%~12.78%。工作压力、喷头组合间距对清水运行喷灌均匀性的影响大于养殖肥水运行。【结论】养殖肥水喷灌更利于喷灌系统降低工作压力和增加喷头布置间距以降低设计成本。

T型通道微流控芯片中液滴生成的影响因素研究

高效、可控的微液滴生成技术在药物封装、病毒检测、材料筛选、细胞培养、微流控芯片等生化领域具有广泛的应用前景。而液滴生成频率、大小以及生成位置是试剂定量以及结构改进的重要参考因素。该文基于两相流理论,采用水平集方法追踪连续相与分散相流体界面,探讨了不同流速比情况下壁面接触角、通道宽度比以及主管长度比对的液滴生成频率、大小和生成位置等的影响。结果表明:主要捕捉到分层平行流、段塞流、滴状流和泡状流四种流型,其中滴状流型分布较广,是稳定生成液滴中出现最多的一种流型,只要流速比η足够大(η≥3.0),在不同毛细数下,均能生成。压力差是段塞流的主要生成因素,而滴状流和泡状流液滴主要是由黏性剪切力、压差和界面张力的共同作用形成;流速比越大,液滴生成频率越高,直径越小,生成位置越远;接触角越大则连续相流体与壁面粘滞力越大,从而提高了两相流界面的剪切力,加速了液滴脱落,液滴生成频率增加,同时,凝并时间缩短,也使得液滴直径减小。但是接触角对液滴生成频率和大小的影响有限,而对生成位置的影响较大,尤其在接触角θ_(w)≥160°后液滴生成位置曲线呈收敛趋势,因此更高的连续相与壁面间黏性有助于提高系统的可控性;在流速比不变的情况下,通道宽度比λ对液滴的生成有促进作用,液滴生成频率、大小和生成位置均随通道宽度比的增加呈递增趋势。λ=0.3-0.55区间是不同流速下均能生成液滴的稳定区间;主管长度比φ=15为液滴生成位置的临界点,此时液滴生成位置较稳定;总之,液滴生成位置受接触角、主管长度比和通道宽度比的影响较大,接触角、主管长度比越大,管内沿程阻力越大、压力幅值越高,则生成位置越提前。而通道宽度比越大,则流动越顺畅,促使液滴生成位置靠后,越来越远离交叉口。

经导管缘对缘修复二尖瓣的体外流体力学性能评价

目的建立一套适用于离体二尖瓣体外测试的方法,定量评价国产经导管缘对缘修复术(TEER)对功能性二尖瓣反流(FMR;非A2-P2反流)的修复效果。方法本研究通过对离体猪二尖瓣瓣环扩张和乳头肌非对称移位建立模拟真实解剖结构的FMR病理模型(非A2-P2反流)。使用离体二尖瓣脉动流测试系统,测试6个FMR病理瓣膜经国产TEER器械修复前、后,不同生理和病理条件下的流体力学特征。结果病理瓣膜由修复前的中-重度及重度反流下降到修复后的轻度及轻-中度反流[反流分数(60.2±17.5)%比(34.7±12.0)%,P<0.001],差异有统计学意义。表征瓣膜正向流性能的EOA[(3.8±1.6)cm^(2)比(2.2±0.5)cm^(2),P<0.001]和正向跨瓣压差[(1.8±1.3)mmHg比(3.8±1.8)mmHg,P<0.001]修复前、后比较,差异均有统计学意义。修复带来一定程度上的瓣膜狭窄,有效孔口面积降低约40%,正向跨瓣压差升高约110%,但瓣膜正向流性能仍处于正常生理范围内,未造成医源性狭窄。结论证实国产TEER器械对于治疗FMR(非A2-P2反流)具有良好的修复效果。本研究为TEER器械的设计、优化及可靠性和有效性的验证、评价提供了全面的数据和有效的测试方法,同时也为该类产品测试相关标准的制订提供了可参考的资料。

基于生物多样性保护的泵型研究与探讨

泵站工程建设的同时必须考虑生物多样性,适于鱼类的洄游和迁徙,保证鱼类自然生态系统的可持续性。以某低扬程泵站为工程案例研发灯泡贯流泵的水力模型,通过分析影响鱼类友好型水泵研发的机械结构、流体动力学和生物学三大因素,提出基于生物多样性保护的鱼类友好型水泵优化设计的两类目标函数。

铁轨重力储能系统关键影响因素及其与风电场的耦合研究

大规模储能技术对于可再生能源的发展及电网稳定运行具有重要意义。铁轨重力储能(rail gravity energy storage,RGES)技术可灵活调度载重机车进行储/释能,有效解决风电场大幅度功率波动问题,在长时大规模储能应用技术中前景广阔。本文开展了RGES系统关键影响因素及其与风电场耦合调度的研究,基于MATLAB软件搭建了RGES系统模型及其与风电场的耦合系统模型,研究了储/释能过程中关键参数对RGES系统的影响规律,并且以减少风电场的弃风率为目的,选取了四个季节的典型日,详细研究了耦合系统的运行特性及RGES系统的配置方案。结果表明,储/释能功率随载重质量增加而增大,随匀速阶段的上/下坡速度增加而增大;储/释能效率及系统效率随载重质量的变化极小,随上/下坡速度增大而减小;RGES系统与风电场耦合运行时,可根据功率需求灵活配置各时段的载重车辆数及上/下坡速度进行储/释能,并可在四个季节典型日的用电高峰期分别实现22 MW、16 MW、27 MW、29 MW的恒定功率并网,且风电利用率平均增长17.1%。

旋冲钻进系统控制策略研究现状与发展趋势

深部硬岩地层钻进效率低、成本高等问题是深井、超深井钻井过程中长期面临的难点问题。旋冲钻进技术由于破岩效率高、能降低黏滑振动以及钻压传递效率高等优点,在深地资源勘探开采、应急钻孔救援、钻井工程施工等领域逐渐得到应用,呈现出广阔的应用前景。然而,旋冲钻进系统具有强耦合、高度非线性、参数时变性、负载工况多变、多源动力协同等特性,常规控制方法难以取得理想的控制效果。为提升深井、超深井高端钻进装备的可靠性和智能化水平,研究钻进系统的控制策略具有重要的理论研究价值和工程实际意义。对旋冲钻进系统的组成结构及功能进行介绍;从钻速、钻压、钻进轨迹控制等角度综述近年来国内外研究机构和学者的研究成果;最后,对旋冲钻进系统控制策略未来的发展方向进行分析与展望。

大型立式离心泵故障停机过渡过程旋涡流时空演变的数值研究

离心泵故障停机过渡过程的不稳定流动关乎泵系统的安全稳定运行,而不稳定流动与旋涡的产生密切相关。该文基于SST k-ω湍流模型,采用Fluent二次开发,将转速变化数学模型作为叶轮运动的边界条件,揭示了大型立式离心泵故障停机过渡过程中的内流瞬态演化特性和旋涡产生机理,分析了转动惯量对大型立式离心泵故障停机过渡过程的影响。研究结果表明:大型立式离心泵故障停机过渡过程中,流量、转速和扭矩激烈变化,转动惯量的改变不影响过渡过程的变化趋势以及飞逸状态下的流量和转速;但随着转动惯量的增大,过渡过程的时间有所延长且压力变化的最大幅值有所降低。此外,该文基于Liutex-Omega刚性涡识别方法,准确识别了过渡过程中叶轮内分离涡和轴向旋涡结构,基于速度三角形阐释:分离旋涡产生的根本原因是叶轮进口相对液流角与叶片进口安放角的不匹配,轴向旋涡产生的根本原因则是叶轮的旋转运动。该研究为大型立式离心泵的安全稳定运行提供了理论基础。

基于GA-BP神经网络模型城市河道水位预报研究

城市内河水位预报对城市内涝风险管理具有重要意义。传统数值模拟模型计算效率较低,且无法实时计算。针对以上问题,提出一种基于Gaussian函数改进BP神经网络的河道水位预报模型,解决了BP神经网络模型预报精度低、在误差平坦区收敛速度慢的问题。该方法利用Gaussian函数改进BP神经网络梯度下降算法,针对模型不同权重与阈值设定不同学习率,对各参数进行针对性优化,能够有效加速BP神经网络模型训练效率;针对模型在误差平坦区收敛速度慢的问题,通过Gaussian函数增大梯度下降算法在误差平坦区的学习率,控制梯度下降算法在误差较大时的学习率,能够有效加速BP神经网络模型在误差平坦区的收敛速度。以福州市晋安区6个河道水位测站为研究对象,构建GABP神经网络河道水位预报模型进行城市内河水位预报,并探讨不同降雨输入形式对河道水位预报精度的影响。结果表明:GA-BP神经网络能够有效提升BP神经网络在误差平坦区的收敛速度与模型预报精度,试验集预报纳什效率系数(NSE)均在0.8以上,能够将预报峰值水位相对误差控制在5%以内,其中降雨以小时降雨量形式输入能够将预报NSE提升至0.9以上。研究表明采用Gaussian函数改进BP神经网络模型能够有效提升模型预报精度,对提升城市河道水位预报具有重要意义。

数字先导燃油计量滑阀无模型滑模控制研究

为提高传统电液伺服阀先导驱动燃油计量滑阀结构的可靠性与动态性能,提出一种数字阀阵列和节流孔组合先导驱动燃油计量滑阀的新构型。在深入分析燃油计量滑阀工作原理基础上,搭建其非线性数学模型,并基于滑阀位移实测数据对数字阀的流量系数进行辨识。不同占空比脉宽调制(PWM)信号下的阀芯位移仿真与实验结果基本一致,验证了模型的准确性,同时揭示了阀芯位移的振荡规律。幅频特性测试结果表明,该燃油计量滑阀在跟踪±50%全行程时的-3 dB幅频宽达到16.5 Hz。进一步地,提出一种不依赖于对象模型的无模型滑模控制算法,结果表明,在跟踪轨迹x=4.5sin(2πt)时,与PID控制相比,无模型滑模控制器的最大误差、平均误差以及误差的标差分别减少45.1%,15.4%,23.3%。

进口预旋下三种典型迷宫密封转子动力特性研究

为探讨考虑进口预旋的迷宫密封转子动力特性,基于Murphy小位移涡动理论建立气流激振力与转子涡动位移的控制方程,采用用户自定义函数建立多频椭圆涡动模型,利用FLUENT动网格技术数值求解直通齿式迷宫密封(SLS)、倾斜齿式迷宫密封(ILS)和阶梯式迷宫密封(STLS)在不同预旋比下的激振力,通过快速傅里叶变换得到整机运行时的密封动力特性系数,并对转子稳定性和密封的泄漏量进行分析。结果表明:在40~180 Hz涡动频率范围内3种密封结构的直接刚度系数呈先减小后增大的趋势,表现出很强的频率相关性,而密封结构与进口预旋对阻尼系数的影响可以忽略;阻尼系数随涡动频率增加缓慢减小至负值并趋于平稳,其中STLS的阻尼系数最小,稳定性最差,ILS的稳定性最好;增加进口预旋比会降低有效阻尼系数,并导致泄漏量降低;STLS在不同预旋条件下的密封性能均最佳,相比于SLS与ILS的泄漏量分别减少了15%和7%;在研究的20~200 Hz涡动频率范围内3种类型迷宫密封的交叉刚度由负值增大为正值,而有效阻尼减小为负值,此时迷宫密封转子系统稳定较差,可能会诱发转子失稳。

强余旋一体化支板稳定器雾化特性研究

本文在高温高速强余旋来流条件下,初步探索了带尾缘方案下支板一体化喷油稳定器结构的油气掺混工作特性,为后期研究回流区卷吸量和稳焰特性做准备。使用平面激光诱导荧光(PLIF)、平面米散射(PMIE)、相位多普勒粒子分析仪(PDPA)等设备,以航空煤油为介质,在来流温度300~1050 K,马赫数0.15~0.45,液气动量比20~250,来流角度-15°~15°,供油压差0.2~1.8 MPa等条件下,探究了来流参数、气液动量比、韦伯数等多因素对射流轨迹、雾化粒径的影响规律。试验表明:上喷式支板尾缘一体化喷油稳定器的整体射流轨迹与横向射流结构较类似,液气动量比越大,射流穿透深度增加越明显;气体韦伯数的影响机制比较复杂,当其增大时,射流穿透深度呈下降趋势,是来流与射流之间的压差力和各向剪切力的作用使得表面波增长迅速,不稳定性增强,叠加气液动量交换增大的结果;气流与支板夹角的正逆变化,即余旋角变化,使得垂直于来流气体方向的速度分量产生变化,流道内稳定器的喉部效应增大了湍流度,使射流轨迹变粗糙,穿透深度变短;通过分析PDPA数据,在射流覆盖区域呈现出了整体的粒径分布情况,显示出了射流轨迹、表面波主导破碎区、二次雾化区、粒径稳定区间的关系。