导叶式混流泵流场特性研究

应用RNG k-e湍流模型,对混流泵设计工况下的流场进行数值模拟,得到效率-流量曲线、扬程-流量曲线和功率-流量曲线,通过与实验数据对比,两者误差在2%以内,具有非常高的计算精度。计算结果表明:叶轮和导叶的压力面的压力均大于吸力面、叶片的压力分布由进口至出口逐渐增大,导叶压力由叶根至叶顶逐渐增大,通过对混流泵水动力性能曲线预测和内部流动分析,为混流泵的优化提供依据。     

基于热混合润滑的钢/橡胶接触表面水润滑增强调控

目的 增强钢/橡胶摩擦副的润滑性能,为提高混合润滑状态下水润滑轴承的性能提供参考。方法 建立水润滑条件下钢/橡胶摩擦副的热混合润滑模型,讨论热效应对润滑性能的影响,并在此基础上进一步研究表面粗糙度、水基润滑剂黏度和供水压力对水润滑增强调控的作用。结果 与等温解相比,热效应使Stribeck曲线发生了右移,摩擦因数和载荷比增大,膜厚比降低。最高水膜温度随着转速的增加而升高,热效应对混合润滑性能的影响显著。减小摩擦副表面粗糙度,Stribeck曲线向左移动。在相同转速下,载荷比随着表面粗糙度的减小而降低,膜厚比反之。表面粗糙度越大,水膜温度越高,最高温度位于出口区,且钢的表面温度低于水膜和橡胶的表面温度。当水基润滑剂的黏度增大时,膜厚比增大,载荷比和最高水膜温度降低,Stribeck曲线发生左移。增加供水压力可以改善水膜压力分布,使水膜承载区增大、压力减小,粗糙峰接触压力和承载区减小,导致载荷比减小、膜厚比增加,Stribeck曲线向左偏移,水膜最高温度降低。当接触区由边界润滑向混合润滑过渡时,水膜最高温度出现拐点,且水膜最高温度拐点随着供水压力的增加而左移。结论 热效应会降低摩擦副的混合润滑性能,因此在混合润滑中不能忽略。考虑热效应时,通过减小表面粗糙度,或增加水基润滑剂黏度和供水压力,均有利于增强钢/橡胶接触表面水润滑的混合润滑性能。     

超声振动滚压加工参数对TC4钛合金表面质量的影响

通过超声振动滚压加工正交试验,研究主轴转速、进给速度、静压力和加工次数对TC4钛合金表面质量的影响,并将材料的表面粗糙度、显微硬度及残余应力作为其表面质量的评价指标。试验结果表明:超声振动滚压加工工艺能降低TC4钛合金表面粗糙度,大幅度提高显微硬度,在表面引入残余压应力;合适的主轴转速、进给速度及加工次数使表面粗糙度达到最佳效果,一定范围内,表面粗糙度随着静压力的增大而减小;主轴转速对材料表面显微硬度影响较小,显微硬度随着进给速度的增大而减小,随着静压力及加工次数的增大而增大;主轴转速对材料表面残余应力有无规律的影响,材料表面的残余应力值随着进给速度的增大而减小,随着静压力及加工次数的增大而增大。     

可调叶片高比转速混流泵内部流场数值模拟

运用商用软件Fluent,采用雷诺时均N-S方程、标准k-ε湍流模型、流体机械模型中的多重参考坐标系模型(MRF),对不同安放角的3个高比转速混流泵模型进行了数值模拟与结果分析.主要分析了设计工况下0°安放角的模型叶轮进口最高点截面的绝对速度和静压分布.详细分析和比较了3个模型的叶片压力面静压分布云图、叶片压力面相对速度分布云图、导叶压力面静压分布云图,捕捉到了安放角为+4°时叶片进口接近轮缘处流体撞击轮缘形成的小回流.简要分析了安放角为0°的模型泵导叶压力面相对速度分布,可知导叶充分发挥了其转能与消除环量的作用.分析结果揭示了高比转速混流泵内部流动规律.     

T2铜端面滚柱滚压表面性能

应用一种自主设计的新型端面滚柱滚压试验系统,以车削进给量、滚压力和主轴转速为变量,对T2铜工件端面滚柱滚压工艺进行单因素试验研究,得出了T2铜滚柱滚压表面强化及光整作用的规律。试验结果表明:应用该装置能够显著降低纯铜试件的表面粗糙度,在一定程度上提升了表面显微硬度,试件表面粗糙度由加工前的8.96μm降到小于0.08μm,表面显微硬度则从110HV提升到大于130HV;滚压力是影响试件表面粗糙度及显微硬度最主要的因素,主轴转速次之,车削进给量最弱。滚压对表面粗糙度的影响存在合适的滚压力(607～898N)及主轴转速(360～560r/min),最多可以提升试件表面6个精度等级。表面显微硬度随着车削进给量、滚压力和主轴转速的增大而增大,其中增大滚压力可以提升表面显微硬度12%左右,增大主轴转速大约可以提升4.3%,而车削进给量对其影响较小。     

切削参数对子午线轮胎模具侧板切削比能及表面粗糙度的影响研究

以子午线轮胎模具侧板为研究对象进行铣削试验,着重研究主轴转速、每齿进给量、切削深度对轮胎模具侧板切削比能、材料去除率和表面粗糙度的影响规律。分析试验结果可知:切削比能随着切削参数的增大而减小,说明适当增大切削参数可以提高切削效率并节约能量;表面粗糙度随主轴转速增大呈先增大后减小的趋势,随切削深度和每齿进给量的增加而增大。结果表明:提高主轴转速既有利于降低切削比能(节能)也有利于改善表面粗糙度,增大每齿进给量和切削深度会降低切削比能但会恶化表面质量。因此,为同时达到高效节能和良好表面质量的要求,应尽量提高主轴转速。     

粗糙度对风力机翼型气动性能影响的研究

为了得到粗糙度对翼型气动性能的影响,采用CFD数值模拟,研究了S809翼型布置粗糙度时的气动性能,得到了其敏感粗糙度;模拟计算了翼型吸力面和压力面分段布置粗糙度时,翼型升、阻力的变化;采用对称加厚的方式对S809翼型进行钝尾缘修型,并对最优修型和原始翼型气动性能进行了比较。结果表明:粗糙度0.5 mm是S809的敏感粗糙度,吸力面距离前缘5%、55%弦长位置和压力面相距45%、65%弦长位置是翼型粗糙度敏感位置;钝尾修型2%弦长为最优,修型之后的升力在布置粗糙度后有明显提升,综合指标数表明:改型翼型相比于原始翼型具有相对较低的粗糙度敏感性。     

转速对多相混输泵内流场分布规律的影响

为深入探究转速对混输泵内部流动以及相态分布规律的影响,基于欧拉-欧拉方法的两相流模型和标准的κ-ε湍流模型,利用Fluent软件对不同转速的三级轴流螺旋式油气混输泵在设计工况下且入口含气率为30%的条件下进行数值计算。结果表明:转速对混输泵首级动叶轮内含气率分布的影响较大,并且对不同叶高处叶片压力面和吸力面的影响趋势不同;转速对含气率影响最明显的位置是在叶片吸力面0.9倍叶高处;随着转速的增加,旋涡在静叶轮内的演变规律较明显。研究结果可为混输泵的水力设计和安全稳定运行提供参考。     

轴向间隙对多相混输泵内流特性及压力载荷的影响

多相混输泵是一种综合了轴流泵和压缩机两种性能的新型增压设备,其动静叶轮之间存在的动静干涉作用,会降低混输泵的稳定性,造成振动.针对此问题,利用ANSYS CFX软件,基于SSTκ-ω湍流模型,当进口含气率为8％时,对多相混输泵在不同轴向间隙下进行定常数值模拟,重点分析在设计工况下轴向间隙对混输泵内部流动和静叶轮叶片压力载荷的影响.结果如下:在设计流量下,轴向间隙的增加可以使静叶轮内气相分布更均匀,减小静叶轮内湍动能较大的区域,而不同轴向间隙对动叶轮内气相和湍动能分布影响较小;在静叶轮叶片进口处,吸力面压力值随轴向间隙的增大而减小,且沿流线方向,存在轴向间隙时吸力面压力值变化较无轴向间隙时波动更大;此外,轴向间隙对叶片压力面压力值变化影响较小,且从轮毂到轮缘,压力面压力值变化受轴向间隙的影响逐渐减小.研究结果可为提高多相混输泵水力性能提供参考.     

冷滚打花键表层性能熵权-灰色理论优化研究

为提高花键冷滚打成形表面性能,研究冷滚打加工参数对表层性能的影响程度,筛选影响冷滚打花键表层性能最优的冷滚打工艺参数,以渐开线花键为研究对象,以冷滚打转速和进给速度为主要工艺参数,将熵权理论与灰色理论相互结合,对花键齿面分度圆处的表面粗糙度、残余应力和硬化程度进行关联分析研究。结果表明:花键表面粗糙度和硬化程度随进给速度的增加而增大,随冷滚打转速的增加而减小;花键残余应力随进给速度的增加而减小,随冷滚打转速的增加而增大;进给速度对冷滚打花键表层性能影响较大;冷滚打花键表层性能最优的冷滚打工艺参数为冷滚打转速1428 r·min~(-1)和进给速度42 mm·min~(-1)。     

某微型涡喷斜流压气机设计及性能分析

斜流压气机具有单级高压比、大流量和高效率的优点.基于此设计一台用于微型涡喷发动机的转速为40000 r/min、压比为3.5、设计流量为3.2 kg/s的单级斜流压气机.为研究该压气机的流动机制与稳定工作范围,分别分析90％、100％和110％转速下的工况,着重分析了100％转速下的近失速点、近堵塞点以及非设计转速下最高效率点的流场.结果表明:设计点仿真压比为3.662、流量为3.324 kg/s、等熵效率为87.61％,与设计指标相符合,说明该斜流压气机的设计可靠;导致压气机失稳的主要因素是叶片压力面、吸力面的激波损失,以及吸力面尾缘处的低能流体.     

混流式喷水推进泵叶轮结构稳定性研究

为探究混流式喷水推进泵在运行过程中叶轮结构稳定性,基于单向流固耦合的方法,分别对叶轮结构在变流量、变转速工况下进行静力学分析和模态分析。结果表明：喷水推进泵叶轮背面及工作面的最大等效应力均发生在叶片根部;叶轮背面及工作面的最大位移均发生在靠近叶轮出口叶缘位置;流量变化对于叶轮结构固有频率的影响可近似忽略,其下降值为0.02~0.07 Hz;相较于流量对叶轮结构的影响,转速的变化对叶轮结构的影响较大,其增值为0.14~1.91 Hz;叶轮转速不应超过4 000 r/min,否则极容易诱发叶轮共振。     

吸液管路对乳化液泵性能影响及改善研究

针对大流量乳化液泵吸液性能差的问题,以乳化液泵的吸液管路为研究对象,建立吸液胶管阀口吸入压力、压力损失及管路参数的数学模型,分析对泵容积效率的影响,并利用AMESim软件建立乳化液泵单个系统的仿真模型,对乳化液泵吸液动态特性进行仿真。分析了吸入压力、压力损失、管长、管径对泵液力端性能的影响。提出增加吸入压力、减小管路压力损失和最优管径管长等相关措施,为乳化液泵吸液管路的设计及优化提供参考。     

离心泵仿生微结构叶片减阻特性的仿真研究

目的 通过在离心泵叶片表面布置仿生微结构实现离心泵的减阻，并获得仿生微结构的最优化设计参数。方法 研究利用仿真模拟的方法，采用离心泵的扭矩变化对其减阻性能进行表征，考虑了仿生微结构的形态、截面形状和特征高度等结构参数的影响规律，通过分析叶片表面的湍流动能、剪切应力和近壁面层的速度云图揭示仿生微结构对离心泵减阻特性的影响机理。结果 在3种微结构形态中，流向沟槽的减阻效果最好;在3种截面形状的微结构中，矩形截面的减阻效果最好;离心泵减阻率并非随微结构特征尺寸单调变化，而是存在最优值;所有微结构的减阻率均随着流量的增加而增加。当叶片表面布置流向、矩形沟槽时离心泵具有最优的减阻效果，且在全流量工况范围流向矩形沟槽结构的最大减阻率为8.39%。结论 叶片表面微结构的布置可以实现离心泵减阻，其减阻机理与近壁面流体流动行为有关。表面微结构可有效降低叶片壁面的速度梯度，使速度沿壁面法线方向过渡更加均匀，且微结构内部低速流体层可有效控制和减弱近壁面区的湍动程度，减少湍流动能损耗;同时微沟槽内的反向涡流具有类“滚动轴承”作用，将滑动摩擦转换为滚动摩擦，降低摩擦阻力。     

基于单向流固耦合的混流泵减重技术研究

混流泵应用轻质材料是减重的主要措施之一。基于CFturbo叶轮机械设计软件开发混流泵,提出在叶轮、导叶中采用不同轻质材料组合的方案,并基于CFD仿真单向流固耦合技术,从混流泵的外特性曲线性能、叶轮及导叶的应力与形变3个方面,对6种组合方案综合评估,验证单向流固耦合技术分析方法对轻质材料在混流泵中应用的可行性。结果表明：不同材料的叶轮对混流泵的性能影响较小;在不同流量下,叶轮与导叶采用不同材料时的最大应力与最大形变分别发生在叶片轮缘处和导叶进口处,并且最大应力值和最大形变量随流量的增加反而减小;叶轮和导叶采用轻质材料的3种可行的组合方案中,混流泵的总质量最小为29.74 kg,减重比达16.86%;最大为32.08 kg,减重比达10.32%。     

基于CFD技术脱硫泵的设计与试验

采用经验系数设计法对脱硫泵进行水力设计,适当增大叶片出口宽度,以改善颗粒通过性和叶轮出口的磨损情况.应用FLUENT软件,采用欧拉多相流模型,分别计算了颗粒直径为0.06,0.08和0.10 mm,体积浓度为11%工况下脱硫泵的两相流内部流场.得到以下结论:叶轮流道内,工作面上的静压值明显高于背面上的静压值;最低压力点出现在叶片进口背面侧,容易发生汽蚀;随着粒径的增大,颗粒逐渐向叶片工作面迁移.叶片的磨损主要发生在叶片进口处和叶片的出口段.通过试验验证:设计的脱硫泵效率为82.0%,性能曲线平坦,高效范围宽,各项技术指标均满足设计要求.     

交叉沟槽织构化粗糙表面流体润滑数值分析

目的 探究粗糙度对交叉沟槽织构化表面流体动力润滑性能的影响。方法 基于质量守恒空化边界条件和平均流量模型的Reynolds方程,建立计入表面粗糙度效应的交叉沟槽织构化表面流体动力润滑理论模型,采用多重网格法进行数值求解,获得润滑油膜的压力分布和承载能力,分析粗糙度对交叉沟槽织构化表面流体润滑性能的影响规律。结果 油膜承载能力随着沟槽宽度的增大而增大,表面粗糙度对油膜承载能力的影响随着沟槽宽度的增大而增大。存在最佳的沟槽深度和间距使得交叉沟槽所产生的流体动力润滑效应达到最强,表面粗糙度对油膜承载能力的影响在最佳沟槽深度附近最大,粗糙度对油膜承载能力的影响随着沟槽间距的增加而增大。油膜承载能力随着交叉角度的增大呈现先增大后减小的趋势,粗糙度对油膜承载能力的影响随着交叉角度的增加而增大。交叉沟槽的重叠系数对油膜平均压力几乎没有任何影响,粗糙度对油膜承载能力也几乎不受重叠系数的影响。结论 在利用数值分析方法研究交叉沟槽织构流体动力润滑性能时,不能忽略粗糙度的影响,表面粗糙度在一定程度上抑制了交叉沟槽所产生的流体动力润滑效应,降低了油膜承载能力。     

高速高压圆弧螺旋齿轮泵漩涡空化数值模拟研究

为了深入研究圆弧螺旋齿轮泵在高速高压工况下吸油腔漩涡空化及其对齿轮泵性能的影响,以过渡曲线为正弦的圆弧螺旋齿轮泵为研究对象,选择全空化模型,应用计算流体动力学软件（PumpLinx）对圆弧螺旋齿轮泵在高速高压工况下进行了数值模拟,针对漩涡空化出现的位置、形成过程、演变过程及对出口流量特性的影响进行了研究。结果表明：在高速高压工况下,齿轮泵吸油腔齿背部边缘位置出现漩涡流动,从而产生漩涡空化,漩涡核心位置的空化现象最为严重,向漩涡的边缘位置空化程度逐渐减弱;该位置的漩涡空化呈现周期性的形成-发展-消失的过程;空化导致泵出口流量脉动和压力脉动增大,周期性的漩涡空化造成泵出口流量周期性波动,对齿轮泵出口流量产生不利影响。