排灌机械工程学报杂志

排灌机械工程学报杂志2019年第1期

• 可控关闭体积心脏瓣膜模型

  贺照明，刘艳芳，荆腾，张桂杰，刘洪艳，王颢

  为了准确描述心脏瓣膜血液动力学特性及其在心血管系统中的应用，根据电液比拟，将其建模为1个变电阻和1个电流源并联然后和1个恒电感串联的瓣膜模型，并建立了左心循环系统的电路图及数学方程.并联元件把流经瓣膜的血流量分成2部分：流经瓣膜孔口的流量和瓣叶运动过程中排挤的血流量.流阻依赖瓣叶位置，另外给定符合关闭体积和时间的瓣叶关闭过程.以二尖瓣为例进行Matlab数值模拟，结果表明：该模型能准确模拟瓣膜关闭反流和泄漏体积的反流特性，正常情况下心脏每搏输出量63.60 mL，心输出量4.58 L/min，二尖瓣关闭体积为3.30 mL，二尖瓣泄漏体积为2.30 mL，反流分数为7.56%；反流病理条件下，二尖瓣关闭体积为14.70 mL，泄漏体积为25.40 mL，反流分数为40.48%.该模型可以模拟瓣膜正常功能和反流病理的血液动力学.

• 蜗壳式多级泵首级叶轮切割压力脉动特性

  石海峡，杨亚飞，李跃，许巍

  为了研究双吸叶轮切割对双蜗壳内压力脉动的影响，选取蜗壳式多级泵首级叶轮为研究对象，基于N-S方程，采用RNG k-ε湍流模型，对首级双吸叶轮在不同叶轮切割工况下进行定常和非定常数值计算.分别选择4种切割方式以及6种切割量，得到不同切割工况下隔舌与出口点的压力脉动时域和频谱图.计算结果表明：不同叶轮切割量对双蜗壳隔舌附近压力变化影响较大，压力变化幅度随切割量的增大先减小后增大，切割量为0.98时，压力波动最小；不同切割方式在一定程度可以改善蜗壳隔舌附近的压力波动，V切和正斜切时压力波动优于正切和反斜切，且反斜切较优于正切压力；对于蜗壳出口点，不同叶轮切割量下，随着切割量的增大，压力脉动依次降低，而不同切割方式影响较小.

• 多相混输泵叶轮不同区域增压性能

  史广泰，王志文

  为了改善多相混输泵叶轮域的增压性能，提高混输泵叶轮的做功能力，选用标准的k-ε湍流模型，分别在纯水条件不同流量下和设计流量不同含气率下进行了数值计算，对多相混输泵叶轮不同区域的增压性能展开了研究.结果表明：从叶轮进口到出口，各级叶轮叶片工作面和吸力面压差大的区域主要集中在叶轮的前半段，且在叶轮前半段，越靠近轮缘，叶轮的增压性能越强，越靠近轮毂，叶轮的增压性能越弱，在叶轮后半段，越靠近轮缘，叶轮的增压性能越差，越靠近轮毂，叶轮的增压性能越强；在不同流量下，随着流量的增大，叶片工作面和吸力面的压差逐渐减小，流量对叶轮前半段叶轮叶片工作面和吸力面压差的影响先增大后减小，流量对叶轮后半段叶轮叶片工作面和吸力面压差的影响逐渐减小；在不同含气率下，含气率越高，对混输泵叶轮的增压性能影响越大，且随着含气率的升高，叶片工作面和吸力面压差下降越快.研究结果对多相混输泵叶轮的进一步优化设计提供重要的理论依据.

• 出口环量分布对泵诱导轮性能的影响

  杨敬江，刘成强，陈汇龙，沈宇翔

  为减少对经验参数的依赖性，在诱导轮设计过程中引入出口环量分布规律来控制叶片不同叶高处安放角，根据3种不同函数表达式的出口环量分布，设计了3种不同类型的诱导轮，并通过数值计算的方法，研究了出口环量分布对诱导轮性能的影响.水力设计结果表明：出口环量分布规律可作为诱导轮设计的控制参数，它直接影响诱导轮的包角大小和叶片长度.数值计算结果表明：减小轮毂侧环量，增大轮缘侧环量，可防止叶片轮毂因安放角过大而扭曲严重，进而提高叶片水力效率；同等流量下，二次递增型诱导轮扬程最高，有利于提高离心轮的抗汽蚀性能；二次递增型诱导轮综合性能最好，而线性递增型诱导轮综合性能最差；水平型诱导轮内部流场最稳定，但进口轮缘处有较强旋涡产生.因此，在诱导轮设计过程中，选用二次递增型出口环量分布较为合理.

• 基于正交试验的斜击式水涡轮优化与分析

  陆静， 汤跃， 程俊.

  参考斜击式水轮机结构设计方法，使用正交试验法对JP75卷盘喷灌机水涡轮的主要几何参数进行优化试验，并对优化结果进行相关系数及主成分分析，最后确定影响效率的主要因素及水涡轮最优参数组合.使用优化后的参数建立水涡轮最优模型，并采用CFD数值计算方法对流量为500～900 r/min、转速为18～40 m3/h下优化模型的性能进行计算及分析；在此基础上，分析了水涡轮外特性曲线，优化模型在非设计转速下具有较高的稳定性和高效性.在流量区间内，优化模型最高效率点提升了近31%；研究了水涡轮优化模型的内部流场分布, 相比于原有模型，内部流场更为合理流畅，进口管道内压力分布均匀，且能够形成有效射流，同时，水涡轮叶片的优化设计解决了存在的局部高压区和叶间涡问题；与原有模型进行能量转化率比较，验证了转轮处能量有效利用率明显提升了42.71%.

• 组合桨搅拌槽内部流场及混合时间数值模拟

  董敏，夏晨亮，李想

  针对组合形式的搅拌桨在搅拌领域广泛应用的问题，采用计算流体力学分析方式，将双螺带搅拌桨和六斜叶圆盘涡轮搅拌桨在搅拌槽内部流场进行研究，采用多重参考系（MRF）方法建立基础模型，基于Navier-Stokes方程和标准kε湍流模型对搅拌槽内部流体产生的流场进行数值计算，分析搅拌桨在180,240,300 r/min的搅拌转速下产生的流场数据，并在槽内加入示踪剂，研究槽内搅拌过程中混合时间的测定.研究结果表明：搅拌槽内液相在双层浆区出现了典型的回旋涡流型，设定监测点，分析示踪剂在不同监测点的浓度变化曲线，得出混合时间为9.6 s，并对比得出240 r/min转速的搅拌效果和混合时间以及搅拌功率对于工业生产具有绝对优势的结论，通过工业放大的试验形式验证了模型的正确性，为非牛顿流体湍流层搅拌槽的设计和工程应用提供了理论依据.

• 旁通阀对长距离重力流输水管线水力过渡过程的影响

  白绵绵，王福军，雷澄，王玲，刘帮超

  为研究旁通阀在长距离重力流输水管路检修过程中的作用，基于特征线法，建立了旁通阀计算模型.结合某大型重力流输水工程，对设置旁通阀与否的管路水力过渡过程进行了分析.结果表明，不设置旁通阀时，检修阀关闭会引起系统较大升压；设置旁通阀后，系统压力波动明显变缓，最高压力包络线与设计压力线在检修阀下游几乎重合，在检修阀上游稍有升高，相应地，最低压力包络线在检修阀上游与设计压力线稍有下降，在检修阀下游几乎重合.通过调试检修阀与旁通阀的关闭规律可以发现，检修阀关闭时间一定时，旁通阀关闭时间越长，最大压力越小，压力波动越平缓；而旁通阀关闭时间一定时，检修阀关闭时间的变化对压力波动形状影响不大，但会影响压力波动的开始时刻.同时，对不同管段检修工况压力极值统计发现，旁通阀对系统不同位置管段的防护程度不同，对起点和末端管段的压力防护作用最大.