离心泵泵腔液体压力分布理论计算及验证

准确描述泵腔液体压力分布是研究叶轮盖板力的核心研究问题,也是泵研究领域中的难题。建立泵腔液体流动模型并提出基本假设,将泵腔液体流动视为轴对称二维黏性层流运动,采用数量级比较法,对泵腔液体运动的Navier-Stokes方程简化,并进行积分求得Navier-Stokes方程的近似解析解,推导出设计工况下泵腔液体压力数学模型。在该数学模型计算中,引入势扬程修正系数,解决了泵腔入口液体压力的计算问题,并给出具体确定方法。以IS80-50-315型离心泵为研究对象,在不同叶轮平衡孔直径下,对设计工况下前后泵腔液体压力进行测试和理论计算,对比分析结果表明,两者结果较为一致。还采用2个典型的泵腔液体压力测试实例,进一步验证了设计工况下泵腔液体压力数学模型的可靠性。该研究成果是对经典泵腔液体压力计算公式的补充与完善。     

聚光太阳能流化床重整制氢技术研究

氢能是清洁绿色的二次能源和载能体,利用太阳能热驱动甲醇蒸汽重整制取氢气,可实现太阳能的高效存储与氢气制备。基于流化床传热传质效率高的优点,设计聚光太阳能流化床甲醇重整制氢系统,模拟了镜场的光线路径和反应器表面的辐照能流分布,探究了不同操作参数对重整反应的影响规律。结果表明:相比固定床,使用流化床反应器更有利于提高甲醇蒸汽重整制氢效率;当辐照强度为10 000 W/m2,水与甲醇摩尔比1.4,进口流速0.40 m/s,床层厚度0.20 m时,甲醇转化率可达99.6%,氢气产率达2.57 mol/mol。该研究结果对太阳能甲醇重整制氢反应器设计和操作参数优化具有重要参考意义。     

基于改进卡尔曼数据融合算法的温室物联网采集系统研究

针对传统温室采集精度不高、布线复杂、能耗大等问题,研究了一种基于改进卡尔曼数据融合算法的温室物联网采集系统。系统硬件主要由CC2530芯片和STM32微处理器构成,运用罗曼诺夫斯基准则对采集的数据进行预处理后,再使用卡尔曼滤波算法在协调器节点处对数据进行静态融合。选取温度作为观测量进行仿真和实验,结果表明,使用改进卡尔曼数据融合算法处理后的温度误差仅为0.089℃,处理后的数据更加接近环境真实值。改进的卡尔曼数据融合算法可以有效地提高数据采集的精度和系统的稳定性,研究结果可为数据采集技术在农业智能化方面应用提供参考。     

HL741水轮机增容改造及数值模拟研究

根据古浪堤电站HL741水轮机增容改造的需求,对诸多较优模型转轮的分析对比后,拟定选用HLA232叶片并稍加改型,同时为增大过流能力解决汛期转轮流道易堵塞的问题,最终决定采用在此基础上减少一个叶片后制造新转轮的方案对原水轮机进行改造。借助数值试验平台对改造前后的水轮机进行全流道三维流场数值计算及性能预测,分析计算结果并给出了水轮机改造前后的水动力学特性差异。改造后水轮机蜗壳及导水部件内流动与改造前差异很小,水力性能没有下降;转轮叶片中水流的流态分布合理,空蚀性能提升;尾水管中水流平稳顺畅。在以后的改造工程中可用HLA232转轮经适当修型以匹配原转轮室结构后替代HL741转轮。     

核主泵环形压水室内的能量转换特性

为揭示环形压水室内部流动及能量转换规律,提高核主泵的整体水力性能,基于Reynolds时均化N-S方程和RNGk-ε湍流模型,对核主泵缩比模型内部流动进行全三维数值计算,对比分析不同工况下压水室内部流动特征、能量损失以及不同截面动静压能变化规律。结果表明:环形压水室内水力损失随着流量的增加近似呈线性增加,对于压水室损失占总损失的比重,在小流量及设计工况下,呈非线性成倍增加趋势,当流量增大至1.2Q_d时,压水室损失比重变化平缓;在压水室环形流道内静压能比重明显高于动压能,且静压能比重沿流向近似线性减小,动压能比重沿流向线性增大;在不同工况下环形压水室内部流动呈现明显的非轴对称性,由于回流存在导致隔舌附近区域流动复杂,且偏设计工况下回流量要明显大于设计工况下回流量。     

喉部面积对切线泵性能的影响

为探讨喉部面积对切线泵性能的影响,选取切线泵WG211为研究对象, 利用CFD技术对5组不同喉部直径的切线泵内部流动进行三维定常数值模拟,计算得到不同喉部面积的切线泵在不同流量工况下的扬程和效率,并绘制流量-扬程和流量-效率曲线,最后对不同流量工况下喉部处的速度进行对比,分析截止流量产生的原因和流量系数的取值。研究发现:当切线泵的喉部直径由0.7D_d到1.3D_d变化时,在其设计工况下泵的扬程基本保持不变,其工作范围明显变大;效率随着流量的增大先增大后减小,在截止点附近效率达到最大值;截止点之后的扬程出现急剧下降是由于喉部处的速度大于叶轮外径的圆周速度,并且叶轮外径的圆周速度急剧减小,导致扬程急剧下降;通过对喉部直径为0.85D_d、D_d、1.15D_d的切线泵最优效率点附近的流量系数进行分析,认为切线泵流量系数的取值应在0.75~0.8为宜。     

Pasternak冻土地基梯形渠道冻胀变形与内力计算

为克服现有Winkler模型未考虑渠基冻土连续性的不足,引入Pasternak剪切层描述独立土弹簧间的相互作用,进而提出Pasternak冻土地基上梯形渠道冻胀力学分析方法。对基土均匀冻胀且无顶盖板约束的梯形渠道导出接触面法向应力、衬砌板冻胀位移及截面内力分布的解析式。以甘肃省某梯形渠道为例,应用本文模型和Winkler模型计算各衬砌板冻胀位移分布及接触面法向应力分布,并结合观测值进行了对比。结果表明：本文模型计算结果与观测值符合良好,且相比Winkler模型计算结果更接近观测值,能更加准确地反映衬砌冻胀位移分布规律,表明模型合理性。该模型能较好地体现法向冻胀力随衬砌冻胀变形的释放与衰减;法向冻胀力作用于坡板中下部且呈非线性、差异分布;中上部有脱开、翘起趋势而受法向冻结力作用;底板则只受法向冻胀力作用。研究结果可为梯形渠道抗冻胀设计提供参考。     

基于CFD的低比转速离心泵叶轮切割性能分析

根据现行的低比转速离心泵切割定律,对MH-46-100型低比转速离心泵叶轮外径进行3次切割,以分块非结构六面体网格划分计算区域。采用有限体积法对雷诺时均Navier-Stokes方程进行数值离散,选用RNGk-ε湍流模型结合SIMPLEC算法求解,对各个模型进行了叶轮和蜗壳相耦合的数值模拟。对性能预测结果与现行的低比转速离心泵切割定律进行对比,证明了切割定律的准确性和基于切割定律的各模型流动的相似性。同时得到了低比转速离心泵叶轮外径减小而效率升高的特点,并对比分析各个模型的流动状况。     

轴流式止回阀的数值模拟

根据轴流式止回阀的结构特点,利用Solidworks造型软件对其流道进行三维造型,将造型导入到ICEM中进行网格划分,利用FLUENT对止回阀的压力降特性和动态特性进行数值模拟,通过对计算结果的分析,得出轴流止回阀具有节约能源、可以减小水锤作用等优点;应用FLUENT对几种流速工况下的流动进行计算,并与试验结果作对比,结果表明两者比较接近,验证了CFD/CAD的结合在工程应用中的有效性。     

夹砂层土壤膜孔灌水分入渗规律数值模拟与试验验证

为认识膜孔灌条件下具有砂质夹层土壤的水分入渗规律,应用非饱和土壤水动力学理论,基于Richard方程建立了膜孔灌夹砂层土壤水分入渗数学模型,利用SWMS-2D软件求解,并采用平均绝对误差(MAE)、均方根误差(RMSE)、偏差百分比(PBIAS)和纳什效率系数(NSE)对累积入渗量、湿润锋运移距离和土体剖面含水量的实测数据与模拟数据进行统计分析。结果表明:MAE值和RMSE值接近0,PBIAS10%(PBIAS=-6.36%~-0.81%),NSE接近1(NSE0.97),表明两者具有较好的一致性。所建模型可以较准确地反映夹砂土体膜孔灌水分入渗状况,证明SWMS-2D可以作为研究工具来模拟分析夹砂土体膜孔灌土壤水分入渗特性。