離心泵非定常流動(dòng)特性及流固耦合機(jī)理圖書目錄

本課題從事離心泵內(nèi)部非定常流動(dòng)的研究。構(gòu)尋多功能離心泵PIV測量實(shí)驗(yàn)臺(tái)，在不同工況下測理離心泵葉輪和泵體內(nèi)部非定常流協(xié)的全場瞬時(shí)速度場，分析研究離心泵葉輪和泵體內(nèi)部非定常流動(dòng)的三維結(jié)構(gòu)和空間特性和周期性非定常的時(shí)間特性，為研究離心泵內(nèi)部非定常流動(dòng)提供必要的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)資料，以最終建立離心泵非定常流動(dòng)理論取代目前定常流動(dòng)理論。

離心泵在非設(shè)計(jì)工況運(yùn)行時(shí)，內(nèi)部流動(dòng)呈現(xiàn)明顯的不穩(wěn)定性，非穩(wěn)定的流固耦合作用將導(dǎo)致泵的強(qiáng)烈振動(dòng)，是影響泵機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵科學(xué)問題。由于流固耦合多學(xué)科交叉的復(fù)雜性，對(duì)離心泵偏工況不穩(wěn)定流動(dòng)作用下流固耦合機(jī)制的認(rèn)識(shí)尚屬空白。本項(xiàng)目將基于動(dòng)邊界LES方法對(duì)離心泵非穩(wěn)定流固耦合及振動(dòng)特性開展研究。采用LES方法對(duì)離心泵偏工況不穩(wěn)定流場進(jìn)行精確數(shù)值模擬，揭示流態(tài)及壓力脈動(dòng)特性，掌握不穩(wěn)定流動(dòng)激勵(lì)頻率特性；建立動(dòng)邊界LES非穩(wěn)定流固強(qiáng)耦合預(yù)測模型，解決耦合計(jì)算的精度、穩(wěn)定性、收斂性及計(jì)算效率等瓶頸問題；采用電渦量振動(dòng)測量系統(tǒng)開展水力振動(dòng)試驗(yàn)研究，實(shí)現(xiàn)對(duì)LES層面流固耦合計(jì)算的驗(yàn)證；采用基于小波變換的時(shí)頻域聯(lián)合分析，揭示非穩(wěn)定流固耦合規(guī)律及振動(dòng)特性；研究水力部件主要幾何參數(shù)與流固耦合作用間的關(guān)系，初步提出離心泵偏工況非穩(wěn)定流固耦合振動(dòng)控制方法。本項(xiàng)目對(duì)提高離心泵運(yùn)行穩(wěn)定性具有重要的學(xué)術(shù)和工程價(jià)值。

非穩(wěn)定的流固耦合作用易導(dǎo)致泵的強(qiáng)烈振動(dòng)，影響泵機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。本項(xiàng)目對(duì)離心泵偏工況運(yùn)行區(qū)域全流道內(nèi)部復(fù)雜流動(dòng)進(jìn)行了精確的DES（LES/RANS混合湍流模型）數(shù)值模擬，采用統(tǒng)計(jì)法和快速傅立葉變換方法全面地分析了由動(dòng)靜干涉引起的壓力脈動(dòng)特性，獲得了壓力脈動(dòng)強(qiáng)度分布特性和壓力脈動(dòng)頻域特性，掌握了不穩(wěn)定流動(dòng)激勵(lì)頻率特性。建立了動(dòng)邊界法的非穩(wěn)定流固強(qiáng)耦合預(yù)測方法，研究了離心泵極端工況下的流固耦合作用，獲得了離心泵在啟動(dòng)過程的高溫高壓動(dòng)力學(xué)特性，同時(shí)也建立了在有無空化條件下的離心泵流固強(qiáng)耦合高精度、高可靠性數(shù)值預(yù)測方法，獲得了泵內(nèi)非定常流固耦合作用下內(nèi)流與結(jié)構(gòu)的關(guān)聯(lián)特性。搭建了離心泵外特性、壓力脈動(dòng)和振動(dòng)測量的開式試驗(yàn)臺(tái)，應(yīng)用動(dòng)態(tài)壓力傳感器、加速度傳感器采集離心泵不穩(wěn)定流動(dòng)狀態(tài)及空化發(fā)展過程中泵進(jìn)出口處壓力脈動(dòng)信號(hào)和蝸殼壁面上的不同測點(diǎn)振動(dòng)信號(hào)，揭示了離心泵不穩(wěn)定流動(dòng)作用下的非定常流固耦合機(jī)理。對(duì)比分析了水力部件不同結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)與結(jié)構(gòu)變形之間的關(guān)系，為有效地控制離心泵偏工況非穩(wěn)定流固耦合振動(dòng)提供了解決方法。本項(xiàng)目的研究對(duì)離心泵非穩(wěn)定流動(dòng)的流固耦合數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究，準(zhǔn)確獲得泵內(nèi)部壓力脈動(dòng)和流體結(jié)構(gòu)的流固耦合特性，具有重要的理論與學(xué)術(shù)價(jià)值，同時(shí)在工程應(yīng)用領(lǐng)域具有借鑒意義。 發(fā)表項(xiàng)目號(hào)標(biāo)注論文23篇，其中SCI論文檢索13篇，EI論文檢索7篇。出版學(xué)術(shù)專著2本。申請(qǐng)發(fā)明專利19項(xiàng)，其中發(fā)明專利授權(quán)14項(xiàng)，發(fā)明專利受理5項(xiàng)。申請(qǐng)軟件著作權(quán)1件。獲省部級(jí)科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)4項(xiàng)，三等獎(jiǎng)2項(xiàng)，獲鎮(zhèn)江市政府論文專著特等獎(jiǎng)，獲亞洲流體機(jī)械青年科學(xué)家獎(jiǎng)。舉辦國際學(xué)術(shù)會(huì)議3次，參會(huì)人數(shù)超過1000人。受邀國際學(xué)術(shù)會(huì)議大會(huì)報(bào)告2次，國內(nèi)學(xué)術(shù)會(huì)議大會(huì)報(bào)告1次。參加國際學(xué)術(shù)會(huì)議12人次。培養(yǎng)博士研究生7名，畢業(yè)4名，在讀3名，培養(yǎng)碩士研究生12名，畢業(yè)8名，在讀4名。超額完成項(xiàng)目指標(biāo)。