近失速工况下混流泵轮缘泄漏流的动力学行为及失稳机制

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51679111
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    62.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0904.水力机械及系统
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2016
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2017-01-01 至2020-12-31

项目摘要

Flow instability induced by tip leakage flow of mixed-flow pump has become one of the urgent scientific problems needed to solve in the defense equipment and the large-scale hydraulic projects. The dynamics behavior study of leakage flow is the basic study to explore and suppress the flow instability. The project starts from the exploring of the physical characteristics of tip gap flow field in the mixed-flow pump, to study the unsteady flow characteristics and instability mechanism of leakage flow. The flow morphology and microstructure of tip leakage flow will be studied by high-speed photography, 3D-PIV measurements and numerical methods, to reveal the vortex rolled suction effects and the temporal evolution of birth, development and broken process. Based on dynamic pressure measurement, the unsteady characteristics and circumferential propagation characteristics of near-stall transition flow field will be studied, to reveal the self-excited unsteady incentives and mechanisms, and to clarify the internal relations of spatial structure and temporal characteristics. By defining the flow characteristic parameters, vortex core trajectories are presented by swirling strength method, to find the characterization interface structure of instability flow and the transition critical flow coefficient. The rotating stall criterion triggered by flow dynamics behavior will be established, and the effective method to suppress stall will be proposed. This project aims to reveal the true physical essence of leakage flow in mixed-flow pump, to grasp the instability mechanism triggered by dynamic behavior, and to provide a theoretical basis to suppress or weaken its adverse effects.
混流泵轮缘泄漏流诱发流动失稳已成为国防装备和大型水利工程急需解决的关键科学问题之一,研究泄漏流的动力学行为是探索流动失稳机制并抑制失速发生的基础研究。本项目从探索混流泵轮缘间隙流场的物理特性出发,研究泄漏流的非定常特性及失稳机制。基于高速摄影、3D-PIV测量和数值方法研究轮缘泄漏流的微观结构和形貌特征,揭示泄漏涡的卷吸效应以及初生、发展、破碎的时空演变过程;基于动态压力测量,探索近失速转捩流场、失速流场泄漏流时间非定常特征以及周向传播特性,揭示泄漏流自激非定常性的诱因和机理,阐明泄漏流空间结构与时间特征的内在联系;定义流动特征参数,采用漩涡强度法辨识涡核运动轨迹,寻找表征流场失稳的特征界面结构和转捩临界流量系数,建立泄漏流动力学行为触发旋转失速的判断准则并提出有效的抑制方法。本项目研究旨在揭示混流泵泄漏流的真实物理本质,掌握动力学行为触发流动失稳机制,为抑制或消弱其不良影响提供理论依据。

结项摘要

混流泵轮缘泄漏流诱发流动失稳已成为国防装备和大型水利工程急需解决的关键科学问题之一,研究泄漏流的动力学行为是探索流动失稳机制并抑制失速发生的基础研究。本项目从探索混流泵轮缘间隙流场的物理特性出发,研究泄漏流的非定常特性及失稳机制。基于PIV测量和SST k-ω湍流模型的数值方法研究了不同轮缘间隙下混流泵的泄漏量和泄漏流的形态,解析了不同轮缘间隙下泄漏涡的空间结构和流态特征,精细刻画了轮缘泄漏涡特征间隙尺度下的形态演化,建立了泄漏流典型表现的三维空间结构模型。基于动态压力测量和高精度数值计算,研究了叶轮进口、中部和出口处轮缘区域不同监测点压力脉动的时域和频域响应,获取近失速工况点轮缘区流场非定常性的特征频率、幅值分布和瞬态流场特征,阐明轮缘泄漏流空间结构与时间特征的内在联系。采用熵产分析方法对混流泵近失速流场中高能量损失区域进行可视化,基于Q准则识别叶轮内多尺度涡结构,建立混流泵能量特性与轮缘间隙尺度的映射函数关系。关联流场速度分布、涡量分布以及三维轮缘泄漏流流态,掌握不同时刻轮缘泄漏流、失速涡动态演化以及相互作用机制,解析单流道失速核初生、发展、溃灭演化过程,揭示轮缘流动畸变诱导预失速及叶尖初生失速产生的机理,建立泄漏流非定常流动行为触发旋转失速的判断准则。.项目研究具有较高的理论意义和学术价值,具有广阔应用前景。研究成果不仅可以加深人们对水力机械中轮缘泄漏流非定常特性的认知、丰富旋转失速理论,而且可以为大型水力机械的扩稳控制和稳定性设计提供理论依据。

项目成果

期刊论文数量(46)
专著数量(1)
科研奖励数量(5)
会议论文数量(6)
专利数量(22)
Application of Wray–Agarwal Turbulence Model in Flow Simulation of a Centrifugal Pump With Semispiral Suction Chamber
Wray-Agarwal湍流模型在半螺旋吸入室离心泵流动模拟中的应用
  • DOI:
    10.1115/1.4049050
  • 发表时间:
    2021-03
  • 期刊:
    Journal of Fluids Engineering
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Leilei Ji;Wei Li;Weidong Shi;Ramesh K. Agarwal
  • 通讯作者:
    Ramesh K. Agarwal
Energy characteristics of mixed-flow pump under different tip clearances based on entropy production analysis
基于熵产分析的不同叶尖间隙混流泵能量特性
  • DOI:
    10.1016/j.energy.2020.117447
  • 发表时间:
    2020-05-15
  • 期刊:
    ENERGY
  • 影响因子:
    9
  • 作者:
    Ji, Leilei;Li, Wei;Yang, Zhenyu
  • 通讯作者:
    Yang, Zhenyu
Mechanism and propagation characteristics of rotating stall in a mixed-flow pump
混流泵旋转失速机理及传播特性
  • DOI:
    10.1016/j.renene.2020.02.003
  • 发表时间:
    2020-06-01
  • 期刊:
    RENEWABLE ENERGY
  • 影响因子:
    8.7
  • 作者:
    Li, Wei;Li, Enda;Zhu, Yong
  • 通讯作者:
    Zhu, Yong
Particle image velocimetry measurement of flow fields in a mixed-flow pump with non-uniform tip clearance
非均匀叶尖间隙混流泵流场的粒子图像测速测量
  • DOI:
    10.1007/s12650-020-00686-3
  • 发表时间:
    2020-08
  • 期刊:
    Journal of Visualization
  • 影响因子:
    1.7
  • 作者:
    Li Wei;Ji Leilei;Shi Weidong;Li Enda;Yang Zhenyu
  • 通讯作者:
    Yang Zhenyu
缩放型喷嘴空化射流空泡云演化规律的试验研究
  • DOI:
    10.3969/j.issn.1674-8530.19.0002
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    排灌机械工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李伟;张文全;施卫东;杨勇飞;曹卫东
  • 通讯作者:
    曹卫东

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其他文献

基于特征族群语义扩散核的半监督农业文本分类
  • DOI:
    10.13698/j.cnki.cn36-1346/c.2018.03.016
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    赣南师范大学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李伟;汪廷华;郑惠宁
  • 通讯作者:
    郑惠宁
利用GRACE反演陕甘晋高原地下水储量变化
  • DOI:
    10.13474/j.cnki.11-2246.2018.0026
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    测绘通报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    谢小伟;许才军;龚正;李伟
  • 通讯作者:
    李伟
Wire electrochemical machining with axial electrolyte flushing for titanium alloy
钛合金轴向电解液冲洗线材电化学加工
  • DOI:
    10.1016/j.cja.2012.12.026
  • 发表时间:
    2013-02
  • 期刊:
    Chinese Journal of Aeronautics
  • 影响因子:
    5.7
  • 作者:
    曲宁松;房晓龙;李伟;曾永彬;朱荻
  • 通讯作者:
    朱荻
Sourcing strategy of original equipment manufacturer with quality competition
质量竞争的原始设备制造商采购策略
  • DOI:
    10.1111/deci.12413
  • 发表时间:
    2019-08
  • 期刊:
    Decision Sciences
  • 影响因子:
    5.5
  • 作者:
    李伟;陈静;陈滨桐
  • 通讯作者:
    陈滨桐
不同冷轧路径下ZX21镁合金板材织构及力学性能调控机理
  • DOI:
    10.19476/j.ysxb.1004.0609.2018.10.01
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    中国有色金属学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    谭超兰;黄光杰;黄信德;曹玲飞;曹宇;张成行;李伟
  • 通讯作者:
    李伟

其他文献

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李伟的其他基金

喷水推进系统空化湍流结构的生成演化及其耦合作用机制
  • 批准号:
    52120105010
  • 批准年份:
    2021
  • 资助金额:
    250.00 万元
  • 项目类别:
    国际(地区)合作与交流项目
混流泵叶轮尾迹湍流特征及其负射流效应的机理研究
  • 批准号:
    52179085
  • 批准年份:
    2021
  • 资助金额:
    58 万元
  • 项目类别:
    面上项目
喷水推进系统空化湍流结构的生成演化及其耦合作用机制
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2021
  • 资助金额:
    250 万元
  • 项目类别:
大型混流泵Alford效应下的稳定性研究
  • 批准号:
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  • 批准年份:
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  • 资助金额:
    25.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目

相似国自然基金

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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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