High-speed centrifugal pumps are key equipment in the fields of aerospace and petrochemical industry. The hydraulic performance and reliability of the pumps determine the stable and safe operation of the system, which are closely related to the motion of internal vortices. However, so far most of the existing researches focused on the low-speed centrifugal pumps, while there are seldom works on the visualization of dynamic mixing between gap vortices and passage vortices in high-speed centrifugal pumps. The influence mechanisms of rotor-stator interaction on the motion of vortices in high-speed centrifugal pumps have not been fully revealed and thorough investigations are urgently needed.. The project is based on the centrifugal pumps used in aerospace engines and petrochemical industries, and performs theoretical, numerical and experiment investigations on the motion patterns of internal vortices. The numerical model for internal flow of high-speed centrifugal pumps is constructed based on a third-order non-linear dynamic stress model considering the effect of rotation. The development and evolution of internal vortices are revealed, and the motion model for the internal vortices is established. The outcomes provide a theoretical foundation and technological support for the design, manufacturing and stable operation of high performance high-speed centrifugal pumps.
高速离心泵是航空航天和石油化工等领域的关键动力设备,它的水力性能及可靠性关系到系统的稳定安全运行。离心泵的水力性能和可靠性与其内部涡运动密切相关,虽然目前已知离心泵的水力性能和运行可靠性与其内部涡的演变过程密切相关,但多数侧重于低速离心泵。高速离心泵的间隙涡与流道涡动态混合过程可视化辨识方面的研究较少,动静干涉作用对高速离心泵涡运动的影响机理尚未完全揭示,亟需开展深入的研究。.项目以航空航天发动机和石油化工流程离心泵为背景,从理论分析、数值模拟和实验三方面对高速离心泵内部流场涡运动规律进行深入研究。基于考虑旋转影响的三阶非线性动态亚格子应力模式,构建高速离心泵的数值计算模型,分析旋转效应对泵涡结构生成演化的影响机理;研究动静干涉对流场涡结构的生成演化影响机理,揭示高速离心泵内部涡结构发展、演化规律,并在此基础上建立泵内涡运动模型,为高性能离心泵的设计制造及其可靠运行提供理论支持和技术支撑。
高速离心泵是航空航天和石油化工等领域的关键动力设备,关系到系统的稳定安全运行。其内部非稳态流动结构是造成泵不稳定运行的根源,本项目从高速离心泵内部非稳定流动结构的运行和相互作用机理出发,通过理论分析、数值模拟以及实验研究,分析了动静干涉、高转速对离心泵内部非稳定流动结构的影响规律,建立了适用于高转速离心泵内部流线曲率大、旋转效应突出的数值计算方法。开展了基于流动结构与泵性能之间的关联关系研究,获得了流动结构对泵扬程、能量损失、能量传递特性的影响机理。开展了泵内部非稳定流动结构的瞬态演化过程研究,通过POD分解对叶轮流道内的主导流动结构进行提取,获得了泵内部不同模态的结构特性、时频特性以及各模态之间的关联特性,揭示了不同模态对泵内部能量损失的影响机理。并基于内部非稳定流动结构的产生和发展机理,提出了叶轮叶片的优化设计方法。为保证高速离心泵稳定安全运行提供理论支撑。.通过研究共发表SCI学术论文5篇,其中二区Top2篇,授权专利6项,其中发明专利4项;培养毕业研究生2名,参加国内学术会议4次。
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数据更新时间:2023-05-31
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