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1、精选优质文档-倾情为你奉上项目总结报告书项目编号：BY-07项目名称：高效节能大流量低扬程叶片泵关键技术研究及产业化起止时间：2014年7月-2016年6月大流量低扬程叶片泵主要指轴流泵、斜流泵和高比转数离心泵。根据项目合同书的要求，本项目主要以斜流泵为研究对象，对其内流机理、多工况优化设计方法、空化性能和动力学特性等进行了较为深入的研究，同时对轴流泵的不稳定特性以及离心泵叶轮导叶匹配特性进行较为系统的研究，初步建立了大流量低扬程叶片泵水力优化设计方法，研究成果不仅丰富了叶片泵的设计理论和方法，还为深入开展其它类型水力机械的节能设计研究提供了借鉴。一、主要研究结论1、斜流泵内部流动的PIV测试
2、和数值计算对一斜流泵的进口喇叭管内部流动进行PIV测试并对测试区域流态进行了研究和分析，结果表明：进水喇叭管内速度随流量降低而减小；喇叭口内速度呈中间低，两边高的分布形式；在喇叭口两侧各有一个高速区存在，喇叭口中间有一从喇叭口进口延伸到喇叭出口内部的低速区；由于壁面存在边界层效应，喇叭口边壁附近速度较低，从高速区到边壁速度梯度很大，产生了较大的流动损失。采用4种不同湍流模型对斜流泵内部流动进行了数值模拟，并把模拟结果与外特性试验和PIV试验进行比较。研究结果表明：基于SST k-模型的模拟结果与试验值较为吻合，较为准确地反映出其能量性能和内部流动特性，能够为斜流泵数值优化方法的建立提供依据。同
3、时，分析了泵内各流道截面速度云图、叶轮叶片压力云图等。2、斜流泵多工况水力优化设计方法以叶轮进口安放角1、出口安放角2、出口宽度b2和包角等4个几何参数作为优化变量，以泵多个工况下的加权效率最高为目标，建立了一种斜流泵叶轮多工况水力优化方法，其中优化方案用最优拉丁超立方方法确定。应用该方法对一斜流泵叶轮进行了三工况点水力数值优化，并进行了实验验证。结果表明：设计工况（Qd=1350m3/h）下，泵效率由原来的82.1%提高到86%，提高了3.9个百分点，且优化后泵的高效区流量跨度由原来的185m3/h扩宽到350m3/h，高效区范围比原来扩宽165m3/h。同时，根据Opt LHD方法确定优化
4、方案和各方案数值计算结果，基于二阶响应面方法，建立了进口安放角1、出口安放角2、出口宽度b2和包角与泵性能之间的近似模型，得到了叶轮关键几何参数与性能之间的关系。3、斜流泵空化性能的模拟与优化在Kunz模型的基础上把压力脉动的影响引入到空化模型中，通过这种改进来修正汽化压力，并采用改进的Kunz模型对斜流泵的空化性能进行了数值计算。同时采用进口边修圆的方法来优化斜流泵的空化性能。研究表明设计工况下，进口边修圆和不修圆得到的叶片间空泡分布（包括片状空泡长度和空泡面积）较为接近，但进口边修圆在相同汽蚀余量下预测得到的空泡长度和面积要小于进口边不修圆，故进口边修圆能明显提高泵的空化性能；设计工况下，
5、随着汽蚀余量的减小，进口处的低压区沿着叶片逐渐向出口处蔓延，但在相同汽蚀余量下，进口边修圆的低压区面积要小于进口边不修远；对比可知进口边修圆可以改善斜流泵的汽蚀性能。4、斜流泵动力学特性的研究采用双向流固耦合对斜流泵的动力学特性和叶轮强度进行了分析。转子系统的前10阶模态分析表明转子部件的1阶临界转速为9499r/min，而斜流泵的实际额定转速为1450r/min，远大于实际额定转速的25%，转子为刚性转子结构，因此结构动力学设计是满足设计要求的。叶轮的应力应变分析表明叶片变形最大值为0.21206mm，位置在叶片出口边轮缘处，叶轮最大应力在轮毂处，小于屈服强度，满足强度要求。5、轴流泵不稳定
6、运行特性的研究对一轴流泵不同工况下的外特性和压力脉动进行了测试，重点分析了轴流泵马鞍区水力特性和压力脉动特性。试验结果表明：H-Q曲线在0.5Qd0.6Qd内表现出明显的马鞍形特性，且扬程在马鞍区内0.55Qd工况时达到最小值，较0.6Qd工况扬程降低0.33m，为设计工况下扬程的5.5%；叶轮进口和泵出口处压力脉动具有较为明显的周期性，单个周期内压力脉动表现出明显的四波峰四波谷特征；0.55 Qd工况时，叶轮进口处压力脉动峰峰值为设计工况的2.3倍；各工况下导叶中间和出口处压力脉动规律较为复杂；叶轮进口压力脉动主频为叶片通过频率，0.55Qd工况叶频处的幅值最大，高于设计工况27.6%。小流
7、量工况下，导叶中间、导叶出口处压力脉动在频域内出现较多低频信号，压力脉动频率成分较复杂。泵出口压力脉动主频在1.0Qd工况下明显表现为叶频。6、离心泵导叶与蜗壳匹配特性的研究通过试验手段，测试了径向导叶在不同安装位置下，离心泵的外特性、压力脉动及振动特性。径向导叶在不同位置时，离心泵的扬程、效率及功率曲线非常相近。当蜗壳隔舌处于导叶流道中间位置时，离心泵的扬程相对略高，大流量工况下的效率要高于其它两位置，最多相差4%。导叶在该位置时，蜗壳扩散段流场流线比较通顺。蜗壳隔舌处于导叶叶片迎水面或背水面时，蜗壳扩散段出现了低速区，甚至形成漩涡。比较而言，蜗壳隔舌处于导叶流道中间位置时，离心泵内流场及外
8、特性都略优一些。径向导叶与蜗壳隔舌的相对位置主要影响压力脉动幅值。大流量工况下，蜗壳隔舌处于导叶流道中间位置时的压力脉动幅值最大，隔舌处于导叶叶片迎水面时的幅值最小。导叶在不同安装位置时，压力脉动时域及频域特性基本相同。蜗壳隔舌处于导叶流道中间位置时，3个测点上的振动幅值较低。导叶在不同位置时，各测点振动时域及频域特性基本相同。蜗壳隔舌处于导叶流道中间位置，有利于离心泵高效稳定地运行。二、主要研究成果（一）发表论文1 Ming-Gao Tan, Xiang-Hui He, Hou-Lin Liu, Liang Dong, Xian-Fang Wu. Design and analysis of
9、 a radial diffuser in a single-stage centrifugal pump. Engineering Applications of Computational Fluid Mechanics, 2016, 10(1): 502513. SCI检索2 Houlin Liu, Xinxiang Chen, Kai Wang, Minggao Tan, Xiaohua Zhou. Multi-condition optimization and experimental study of impeller blades in a mixed-flow pump. A
10、dvances in Mechanical Engineering, 2016, 8(6): 1-9. SCI检索3 Kai Wang, Houlin Liu, Xiaohua Zhou, Wenbo Wang. Experimental research on pressure fluctuation and vibration in a mixed flow pump. Journal of Mechanical Science and Technology, 2016, 30(1): 179-184. SCI检索4 Tan Minggao, Guo Bao, Liu Houlin, Wu
11、 Xianfang, Wang Kai. Investigation of radial force and hydraulic performance in a centrifugal pump with different guide vane outlet angle. Journal of Vibroengineering, 2015, 17(6): 32473260. SCI&EI检索5 Minggao Tan, Naichang He, Houlin Liu, Xianfang Wu, Jian Ding. Experimental test on impeller clockin
12、g effect in a multistage centrifugal pump. Advances in Mechanical Engineering, 2016, 8(4): 1-10. SCI检索6 谈明高，张景，刘厚林，王勇，黄浩钦.叶片不等间距对离心泵水动力噪声影响分析.农业机械学报，2016，47（2）：22-27，34. EI检索7 谈明高，戴菡葳，刘厚林，丁剑，丁荣. 多级离心泵叶轮时序对振动性能影响的数值研究J. 振动与冲击，2015，34（24）： 117-122. EI检索8 郭豹，刘厚林，王纳秀，王凯，吴贤芳. 高温熔盐泵的模态计算与分析. 流体机械，2016，44（
13、3）：45-49，75. 9 蒋玲林，刘厚林，. 径向导叶出口型式对洒水车泵压力脉动的影响. 排灌机械工程学报，2016，34（4）：290-294，300.10 吴贤芳，刘厚林，邓帮华，丁剑，丁荣. 离心泵关死点叶轮结构场分析. 中国农村水利水电，2015（10）：136-140.11 吕云，刘厚林，谈明高，董亮，吴贤芳. 叶片进口修圆对斜流泵性能影响的CFD分析. 第八届全国水力机械及其系统学术会议，2015，陕西西安.12 何乃昌，刘厚林，谈明高，吕云，吴贤芳. 不同湍流模型在斜流泵性能预测中的应用研究. 第八届全国水力机械及其系统学术会议，2015，陕西西安.13 何乃昌，谈明高，刘厚
14、林，黄鑫，吴贤芳. 轴流泵马鞍区水力性能与压力脉动测试与分析. 排灌机械工程学报，已录用.（二）知识产权1 谈明高，何相慧，刘厚林，王凯，吴贤芳，一种测量泵叶轮叶片表面压力的系统及方法，发明专利申请号：6.0 2 谈明高，何相慧，刘厚林，王凯，吴贤芳，一种无线测量泵叶轮叶片表面压力的系统及方法，发明专利申请号：8.9 3 谈明高，刘厚林，吴贤芳，王凯，王勇，季燕羽，董亮，代翠，一种基于振动优化的多级泵叶轮错位布置方法，发明专利申请号：1.14 刘厚林，邵昌，王勇，谈明高，王凯，董亮. 一种用于测量材料抗气蚀性能的试验台，发明专利申请号：8.35 谈明高、刘厚林、董亮、王勇、王凯. 单级离心泵径
15、向导叶三维参数化造型软件，软件著作权登记，登记号：2016SR.6 谈明高、刘厚林、董亮、王勇、王凯. 单级离心泵径向导叶水力设计软件，软件著作权登记，登记号：2016SR.（三）研究生培养1 周孝华，硕士，硕士论文题目：斜流泵叶轮水力设计及优化研究，2014年12月毕业2 白羽，硕士，硕士论文题目：单级离心泵径向导叶水力设计及试验研究，2015年6月毕业3 吕云，硕士，硕士论文题目：斜流泵叶轮的设计与组合优化，2017年6月毕业4 何乃昌，硕士，硕士论文题目：轴流泵流动诱导振动噪声的数值计算与试验测试，2017年6月毕业5 朱智朋，硕士，硕士论文题目：离心泵突变工况性能研究与优化，2018年6月毕业三、深入研究展望尽管本课题取得了一定研究成果，但由于大流量低扬程泵种类和型式较多，且受现有实验条件、时间和研究基础的限制，项目的研究还不够系统，未来可以对轴流泵和高比转速离心泵做进一步的深入研究，以全面提高我国大流量低扬程叶片泵的设计制造水平。对照合同要求，本课题已完成合同中规定的所有研究内容。专心-专注-专业