超低比转速离心泵准三元粘性水力设计及熵产诊断优化方法研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51876220
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0602.内流流体力学
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

The ultra-low specific speed centrifugal pump has wide application prospect. However, all the existing hydraulic design methods expose some disadvantages because of many inherent irregular flows. In this research project, based on the quasi-3D inviscid flow theory of impeller, the boundary layer theory will be added. The quasi-3D viscous hydraulic design theory and corresponding method of impeller will be developed by dynamic adjustment of meridional velocity distribution and velocity moment distribution. Meanwhile, the new hydraulic design methods of inducer and volute matched with the impeller are established by fully considering the nonlinear couple interrelations among them. The local entropy production diagnosis theory is added to analyze the hydraulic dynamic mechanism of energy loss inside the pump. The concise hydraulic performance prediction model of the ultra-low specific centrifugal pump is established by combing numerical simulation, orthogonal experimental design and optimal Latin hypercube method. Setting hydraulic efficiency, entropy production and NPSHr (Required Net Positive Suction Head) as objective functions, the multi-condition and multi-objection genetic optimization design method of the ultra-low specific speed centrifugal pump is developed. The numerical simulation and hydraulic performance experiment of the pump will be implemented to verify the hydraulic design and optimization method. The visualization experiment of flow field will be carried out to explore the evolution of cavitation flow in inducer and its influence mechanism on hydraulic performance of the ultra-low specific speed centrifugal pump.
超低比转速离心泵应用前景广泛,但其存在诸多不良流动,已有的各种水力设计方法均有不足。本项目拟在叶轮准三元无粘流动理论基础上引入边界层理论,充分考虑叶轮内流场结构与叶轮形状及其水力特性间的影响关系,动态调整叶轮轴面速度分布及速度矩的增益函数,发展超低比转速离心叶轮的准三元粘性水力设计理论及方法。考虑各过流部件间的水力性能匹配关系,建立前置诱导轮和后接蜗壳与叶轮的非线性耦合水力设计方法。引入局部熵产诊断理论,探究泵内全流道空化流能耗发生的水动力学机理。结合数值模拟、正交试验设计和最优拉丁方设计方法,建立超低比转速离心泵全流道水力性能快速预测模型。将水力效率、熵产及必需汽蚀余量作为目标函数,发展超低比转速离心泵全流道多工况多目标遗传优化设计方法。对优化后的超低比转速离心泵进行数值模拟和水力性能实验验证,同时开展内流场可视化实验,探讨诱导轮内的空化流演变规律及其对超低比转速离心泵性能的影响机理。

结项摘要

超低比转速离心泵应用前景广泛,但由于其内部流动复杂,已有的各种水力设计方法均有不足。为发展准三元粘性水力设计理论及方法,本项目首先将粘性湍流边界层理论应用于二元水力设计中,验证了有粘设计方案的可行性。通过两类流面S1/S2的反复迭代和叶片表面边界层厚度分布规律的计算,最终完成了低比转速离心泵叶轮的准三元粘性水力设计。采用相同的准三元设计方法完成了低比转速离心泵前置诱导轮的水力设计。根据当前叶轮模型尺寸以及设计要求,使用正交试验的方法,以全流道熵产最小为目标函数,得到最优的蜗壳模型。搭建了超低比转速离心泵综合水力测试平台,验证了准三元粘性水力设计方法的可靠性与有效性。开展了空化及进气的两相流动可视化实验,深入研究了不同空化数与进气工况下叶轮流道内流型演变规律。在单相流动熵产计算的基础上,结合两相动量方程、内能输运方程、吉布斯自由能方程及克劳修斯-杜赫姆不等式等,综合考虑相间滑移作用和相间质量、动量及热量传递中的能量耗散,发展了新的空化流熵产诊断模型,分析了不同工况水力损失变化规律并探明了空化前后高能耗区域出现的水动力学原因。以熵产最小化和临界汽蚀余量最低为优化目标,完成了适用于液化天然气(LNG)的两级低比转速潜液泵的多目标优化设计,同时深入分析了优化前后水力性能变化的微观流场原因。该项目成果能为高性能叶片的设计与优化提供重要的理论方法和分析手段。

项目成果

期刊论文数量(22)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(3)
专利数量(0)
空化对超低比转数离心泵内压力脉动的影响研究
  • DOI:
    10.6041/j.issn.1000-1298.2020.01.013
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    农业机械学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王聪;张永学;冀凯卓;徐畅;刘铭
  • 通讯作者:
    刘铭
Experimental studies of unsteady cavitation at the tongue of a pump-turbine in pump mode
水泵水轮机泵模舌部非定常空化实验研究
  • DOI:
    10.1016/j.renene.2021.06.055
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Renewable Energy
  • 影响因子:
    8.7
  • 作者:
    Yuan Zhiyi;Zhang Yongxue;Zhang Jinya;Zhu Jianjun
  • 通讯作者:
    Zhu Jianjun
Evaluating of the effect of the cavitation-vortex interaction on the energy conversion in a two-stage LNG cryogenic submerged pump
评估空化-涡流相互作用对两级 LNG 低温液下泵能量转换的影响
  • DOI:
    10.1177/09576509221107719
  • 发表时间:
    2022-06
  • 期刊:
    Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part A: Journal of Power and Energy
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Cong Wang;Yongxue Zhang;Zhiyi Yuan;Zhigang Liu
  • 通讯作者:
    Zhigang Liu
Optimization Design of an Ultra-Low Specific-Speed Centrifugal Pump Using Entropy Production Minimization and Taguchi Method
采用熵产最小化和田口法的超低比转速离心泵优化设计
  • DOI:
    10.5293/ijfms.2020.13.1.055
  • 发表时间:
    2020-03
  • 期刊:
    International Journal of Fluid Machinery and Systems
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Cong Wang;Yongxue Zhang;Hucan Hou;Zhiyi Yuan;Ming Liu
  • 通讯作者:
    Ming Liu
Study on characteristics of vortex structures and irreversible losses in the centrifugal pump
离心泵涡流结构特性及不可逆损失研究
  • DOI:
    10.1177/0957650920983061
  • 发表时间:
    2020-12
  • 期刊:
    Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers - Part A: Journal of Power and Energy
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Yuan Zhiyi;Zhang Yongxue;Wang Cong;Lu Bohui
  • 通讯作者:
    Lu Bohui

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其他文献

分子影像技术在多药耐药监测中的研究进展
  • DOI:
    10.3760/cma.j.cn121381
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    国际放射医学核医学杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    叶敏;夏晓天;兰晓莉;张永学
  • 通讯作者:
    张永学
金纳米棒在肿瘤分子影像诊断和靶向治疗中的应用
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    华中科技大学学报(医学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张影影;覃春霞;张永学
  • 通讯作者:
    张永学
分子影像对当今医学实践的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    中华医学杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    兰晓莉;张永学
  • 通讯作者:
    张永学
泵叶轮数值研发理论的若干关键问题
  • DOI:
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  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    流体机械
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张永学
  • 通讯作者:
    张永学
用于恶性黑色素瘤诊断及靶向治疗的核素标记分子探针研究进展
  • DOI:
    10.3760/cma.j.issn.2095-2848.2016.05.022
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    中华核医学与分子影像杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    冯洪燕;兰晓莉;张永学
  • 通讯作者:
    张永学

其他文献

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张永学的其他基金

高性能泵叶轮数值研发关键技术基础研究
  • 批准号:
    50809075
  • 批准年份:
    2008
  • 资助金额:
    20.0 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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