混流泵加速流工况瞬态空化形态及其诱导水力振荡特性研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51579118
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    63.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0904.水力机械及系统
  • 结题年份:
    2019
  • 批准年份:
    2015
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2016-01-01 至2019-12-31

项目摘要

Transient cavitation in mixed pumps a key problem in national defence facilities, e.g., submarine missile launching system. The investigation of transient flow field, cavitation pattern and the evolution mechanism at accelerated conditions is the basic study to find the solutions. In this project, a mixed-flow pump model will be studied, employing PANS turbulence model, time-resolved PIV and high speed photography. The main contents of the study are as follows: 1) The transient characteristics of pressure and flow rate at the inlet and outlet of the mixed pump at the accelerated conditions will be analyzed. The complex flow structures inside the mixed pump, such as tip leakage vortex, blade channel vortex and seperation flow will be revealed. The pressure field, vorticity field, shear stress, vortex dissipation and turbulent kinetic energy will be discussed. 2) The cavitation patterns in impeller and diffuser at the startup of the pump based on high speed photography and transient numerical simulation of cavitation will be observed to investigate the evolution of tip leakage vortex, tip shear stress layer as well as the circumferential cavity and the height of axial cavity, and then the internal associations between vortex structures and cavitation development will be explained. 3)In order to acquire the oscillation characteristics of the transient pressure and flow rate at different cavitation conditions and different accelerated conditions, the relations of flow rate and pressure curves with cavitation patterns at different time steps will be illustrated. The mechanism of the system oscillation cavitation induced by the transient cavitation will be revealed and the control methods will be proposed to suppress the unstable cavitation based on the law of blade loading and cavity volume distribution. The outcomes of this project will provide theoretical fundation for the design and steady operation of the mixed-pump weapon lauching system.
混流泵瞬态空化是潜艇武器发射装置急需解决的难题之一,研究加速流工况瞬态流场特性和空化形态是解决该问题的基础研究。本项目以混流泵模型为研究对象,采用PANS数值模拟、时间分辨PIV、高速摄影等实验手段开展研究,主要研究内容有:1)分析加速流工况混流泵进出口压力、流量等参数的瞬态特性,探明混流泵内部叶顶泄漏涡、叶道涡、脱流等复杂流动结构,揭示混流泵加速过程压力场、涡量场、剪切应力、涡耗散、湍动能及其生成速率等湍流特性。2)观察泵启动过程叶轮和导叶内各种类型的空化形态及其时空演变过程,阐明各种涡结构与空化形态演化的内在联系;3)掌握不同条件下泵进、出口瞬态压力和流量的振荡特性,阐明混流泵水力振荡曲线在不同时刻点对应的空化形态,基于叶片载荷和空泡体积分布规律揭示瞬态空化诱导系统振荡的机理,并提出控制水力不稳定的方法。本项目预期成果,将为混流泵武器发射装置的设计和稳定运行提供理论基础。

结项摘要

混流泵瞬态空化是潜艇武器发射装置急需解决的难题之一,研究加速流工况瞬态流场特性和空化形态是解决该问题的基础。在密闭的液压系统中,混流泵快速启动产生高强度水压,推动鱼雷加速出仓,发射武器,而启动过程涉及到很多参数,这些参数是随着时间发生变化,具有很强的不确定性。当液压舱中压力不足时,启动过程中就可能会出现空化,影响发射过程,同时水泵内部由于空化产生的振动与噪声更容易被雷达测探出,安全性降低。本项目研究混流泵启动过程中的瞬态空化特性及抑制方法,为我国国防装备领域混流泵“高速化、大型化”发展提供理论基础和技术保障,主要包括以下研究内容及创新成果:.(1)通过数值模拟与实验对比,验证了分离涡湍流模型(DES)和基于Rayleigh-Plesset方程的Zwart空化模型可以较好地预测绕水翼加速流下空化情况,并且能够为后续水力机械启动加速过程的空化特性研究提供参考依据。.(2)对混流泵进行了不同流量工况下的稳态数值模拟,获得了混流泵的扬程和效率曲线;对混流泵进行了额定工况下的稳态空化特性的数值模拟,获得了混流泵额定工况下的空化特性曲线;通过外特性实验对模拟结果进行了验证。.(3)针对混流泵的无空化启动过程,进行了不同启动时间、不同流量工况下的无空化启动过程的数值模拟,发现湍动能较大的区域集中在叶轮的叶顶区域,尤其在混流泵叶顶区容易产生不稳定流动。.(4)针对混流泵启动过程中的瞬态空化特性,分别进行了不同启动时间、不同进口压力和不同流量工况下启动过程瞬态空化特性的数值模拟。发现在启动过程中,叶片背面中部靠近轮缘处最容易发生空化,且在启动时间较长、进口压力较低和大流量工况时,空化的发展程度更为严重。.(5)针对混流泵模型进行了稳态外特性试验、额定工况下的空化试验、启动外特性试验以及采用高速摄影拍摄混流泵启动过程中内部空化流场等四种试验研究,实验结果与数值计算结论一致。

项目成果

期刊论文数量(16)
专著数量(0)
科研奖励数量(5)
会议论文数量(5)
专利数量(7)
基于大涡模拟的混流泵不稳定流动数值研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    排灌机械工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张琳;施卫东;张德胜;石磊
  • 通讯作者:
    石磊
导叶式混流泵内部非定常流动特性数值模拟
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    农业机械学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    季磊磊;李伟;施卫东;张扬;杨勇飞
  • 通讯作者:
    杨勇飞
不同流量工况下斜流泵内部流场PIV试验
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    农业机械学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    施卫东;季磊磊;李伟;邵佩佩;李维强;蒋小平
  • 通讯作者:
    蒋小平
混流泵非均匀轮缘间隙流场数值计算
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    农业机械学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李伟;季磊磊;施卫东;张扬;周岭
  • 通讯作者:
    周岭
基于LES的泵站前池表面涡及液下涡流瞬态特性分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    农业机械学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    潘强;施卫东;赵瑞杰;张德胜
  • 通讯作者:
    张德胜

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其他文献

基于 DEM CFD 的旋流泵大颗粒内流特性模拟与试验
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    农业机械学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    施卫东;施 亚;高雄发;张德胜;郎 涛;赵 婷
  • 通讯作者:
    赵 婷
模拟翼型热敏介质空化流的湍流模型修正与应用
  • DOI:
    10.6041/j.issn.1000-1298.2020.05.014
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    农业机械学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张德胜;冯健;万福来;李俊峰;施卫东
  • 通讯作者:
    施卫东
采样频率和时间对轴流泵压力脉动特性的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    排灌机械工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    施卫东;姚捷;张德胜;张华;吴苏青
  • 通讯作者:
    吴苏青
通风机性能试验及测试数据处理系统软件开发
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    煤矿安全
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    姚捷;撒占友;施卫东;张德胜
  • 通讯作者:
    张德胜
潜水轴流泵内部固液两相流动的数值模拟
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2012
  • 期刊:
    排灌机械工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    施卫东;龙飞;张德胜;冷洪飞;王国涛
  • 通讯作者:
    王国涛

其他文献

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施卫东的其他基金

多级泵气液两相不稳定流动与能量特性研究
  • 批准号:
    51979138
  • 批准年份:
    2019
  • 资助金额:
    59 万元
  • 项目类别:
    面上项目

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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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