离心泵叶轮内失速涡的触发机理及动力学特性研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51709234
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    24.0万
  • 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:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2020-12-31

项目摘要

Stall often occurs in the centrifugal pump impeller at part load condition. Under the stall condition, the periodic generation and shedding of stall vortex always induces the low frequency pressure fluctuation, and makes the noise stronger and intensifies the vibration, which has severe influence on the safety and stability of pumps. We intends to study stall vortex systematically by using theoretical analysis, experiments and numerical simulation. Firstly, the model combined SST k-w and DMNM is builted for predicting stall phenomenon in pumps with high accuracy and it is verified by PIV test results, which establishes the foundation for predicting the stall flow in the pump accurately. Secondly, based on the Omega vortex identify method, the characteristic parameters of the stall vortex in the impeller are established, and the stall vortex criterion is proposed. The topological structures of the stall vortex in the impeller are identified based on numerical and experimental research. Then the dynamic evolution history and the dominant factors dominance are revealed. Finally, based on the spectral characteristics of the velocity fluctuations and the Lyapunov index, the correlation mechanism between the inlet swirl and the stall vortices is revealed, and the quantitative relationship between the characteristic parameters of the inlet swirl and the characteristic parameters of the stall vortex is established, which could provide theoretical support for the stable operation of centrifugal pumps.
离心泵在小流量工况下运行时,叶轮中容易出现失速现象。失速涡不断地产生和脱落会诱发低频的压力脉动,使得水泵噪音增强,振动加剧,严重影响机组安全运行。本项目拟采用理论分析、数值模拟及实验相结合的方法对失速涡进行深入研究。首先构建动态混合非线性SGS模型与SST k-w 和耦合求解失速流场的计算策略,与试验结果进行对比验证,为准确预测失速涡奠定了基础;其次,基于Omega涡识别方法,提出失速涡判据并建立叶轮内失速涡的特征参数,通过数值和实验研究识别叶轮内失速涡的拓扑结构,揭示失速涡的相关物理量的动力学演化历程和主导因素;最后,以获得的速度脉动的频谱特征以及李雅普诺夫指数为依据,揭示入口旋流与失速涡的关联机理,建立入口旋流的特征参数与失速涡特征参数之间的定量关系,从而为进一步提高离心泵机组稳定运行提供理论支撑。

结项摘要

离心泵在小流量工况下运行时,叶轮中容易出现失速现象。失速涡不断地产生和脱落会诱发低频的压力脉动,使得水泵噪音增强,振动加剧,严重影响机组安全运行,然而失速涡的演变机理仍尚未被揭示。本项目采用实验与数值模拟相结合的方法对失速涡产生机理和时频特性进行深入研究。课题发展了可以较为准确预测失速涡SST k-w 与DMNM(动态混合非线性)的混合RANS/LES求解模型,该方法可以在网格数有限的条件下保证预测精度,为深入开展失速涡演变机理研究奠定了基础;基于不变参量的涡动力学方法,提出失速涡判据,将Liutex-Omega涡识别方法应用于失速涡拓扑结构分析,建立了叶轮内失速涡的特征参数;通过所识别叶轮内失速涡的拓扑结构并结合压力脉动的时频分析,揭示了不同入口旋流与失速涡的关联机理,从而为进一步提高离心泵机组稳定运行提供理论支撑。最后,基于被动流动控制技术和失速涡触发机理,提出了一种能有效抑制失速涡的机构并进行了结构设计。

项目成果

期刊论文数量(9)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(1)
专利数量(4)
Effect of Stall Cells on Pressure Fluctuations Characteristics in a Centrifugal Pump
失速单元对离心泵压力脉动特性的影响
  • DOI:
    10.3390/sym11091116
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Symmetry-Basel
  • 影响因子:
    2.7
  • 作者:
    Zhou Peijian;Dai Jiacheng;Yan Chaoshou;Zheng Shuihua;Ye Changliang;Zhang Xiang
  • 通讯作者:
    Zhang Xiang
Effect of Reflux Hole on the Transient Flow Characteristics of the Self-Priming Sewage Centrifugal Pump
回流孔对自吸污水离心泵瞬态流动特性的影响
  • DOI:
    10.29252/jafm.12.03.29207
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Journal of Applied Fluid Mechanics
  • 影响因子:
    1
  • 作者:
    Zhou P;Wu Z;Mou J;Wu D;Zheng S;Gu Y
  • 通讯作者:
    Gu Y
Influence of tip clearance on unsteady flow in automobile engine pump(Open Access)
叶尖间隙对汽车发动机泵非定常流动的影响(Open Access)
  • DOI:
    10.32604/fdmp.2020.06613
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Fluid Dynamics and Materials Processing
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Dai Jiacheng;Mou Jiegang;Liu Tao
  • 通讯作者:
    Liu Tao
How to improve the flow in a centrifugal pump
如何提高离心泵的流量
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    World Pumps
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Zhou Peijian
  • 通讯作者:
    Zhou Peijian
How to reduce major pressure fluctuations
如何减少大的压力波动
  • DOI:
    10.1016/s0262-1762(17)30299-7
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    World Pumps
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Liu Tao;Zhou Peijian;Zhou Xiaohong;Zhang Fengye;Mou Jiegang
  • 通讯作者:
    Mou Jiegang

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其他文献

单叶片离心泵蜗壳内二次流的非定常特性研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    农业机械学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    周佩剑;刘涛;牟介刚;谷云庆;吴登昊;任芸
  • 通讯作者:
    任芸
喉管与喷嘴截面积比对射流式鱼泵输送性能及鱼损的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    农业工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    徐茂森;龙新平;牟介刚;郑水华;周佩剑;任芸;吴登昊
  • 通讯作者:
    吴登昊
叶片数对离心泵叶轮失速特性的影响研究
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    机械工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    周佩剑;王福军;姚志峰
  • 通讯作者:
    姚志峰
旋转失速条件下离心泵叶轮压力脉动特性研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    农业机械学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    周佩剑;王福军
  • 通讯作者:
    王福军
自吸离心泵蜗壳内瞬态流动特性
  • DOI:
    10.16183/j.cnki.jsjtu.2018.04.011
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    上海交通大学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    牟介刚;吴振兴;周佩剑;谷云庆;吴登昊;任芸
  • 通讯作者:
    任芸

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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

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          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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