一、用奇点系法设计各种类型水轮机水泵转轮的研究（论文文献综述）
宛航[1]（2021）在《采用轮缘翼前置叶片设计理念改造转轮的探讨》文中指出对于投运多年的水电站,机组在运行过程中普遍暴露出效率低、水力稳定性差等问题,加之受当时的设计、材料、工艺等多方面因素影响,设备老化问题日趋严重,给设备的安全稳定运行带来严重威胁,现阶段提升水轮机的水力性能主要通过技术改造更换水轮机转轮和导水机构或切割叶片出口边来实现。常规的转轮改造方法是选用型谱中出力更大的转轮匹配原有流道实现提升机组出力,但是近年来数值模拟技术在水力机械优化设计中广泛应用,为水轮机的增容改造提供新的思路和方向。本文以国内某小型水电站混流式水轮机为研究对象。受电站委托,在仅更换转轮的情况下提升水轮机的效率水平和出力能力,并尽可能减小机组振摆值。经过水力参数的探讨和设计理念的研究,最后决定对转轮采用重新设计流道、减少叶片数、装载轮缘翼前置叶片的改型方案。本文先利用ANSYS WORKBENCH里面的组件BLADEGEN-TURBOGRIDCFX对转轮进行单流道设计计算,在较短的时间内找到叶片的具体优化方向,通过单流道的反复计算后初步确立了转轮叶片的三维模型,然后在全流道数值模拟中进一步调试最终确立了叶片的三维模型。然后分别对原型水轮机及优化后的水轮机展开全流道数值计算,验证新转轮与原有流道之间的匹配关系并分析对比改造前后水轮机水力性能。通过十个工况的数值计算,证明了替换轮缘翼前置叶片转轮的水轮机组有更好的水力性能,改造后转轮内的水力损失远远小于改造前转轮的水力损失,且改造后转轮的水力损失随着导叶开度的增加持续减小,当导叶开度为106.0mm时,转轮内水力损失为3.34%,水力损失的降低就能提高机组的能量利用率。除小流量工况,改造后的水轮机效率略低于原水轮机外,改造后水轮机组在其它开度的新机组无论在出力和效率都有了较大幅度的提升。原型机组的最优工况下,效率为87.04%,出力为1795.49k W,新式机组在该工况下效率为90.81%,出力为2087.53k W,效率提升了3.77%,出力提升了16.27%,但因为转轮的更换,新式机组的最优工况已向大流量偏移,新式机组的最高效率为92.98%,出力为2755.43k W,在此开度下,原型机组的效率为85.07%,出力为2139.06k W,此开度下新机组比原机组在效率上提高了7.91%,出力提升了28.81%。在导叶开度较大情况下,轮缘翼前置叶片的压力分布,速度矢量情况,以及转轮内部流线的运动状态较原来转轮都要更加的顺畅、有序。改造后转轮的使用,大大改善了混流式水轮机组的内部流动状态,并且明显提高了该机组在非设计工况的效率特性。
潘强[2]（2019）在《基于叶片撞击模型的鱼类友好型轴流泵设计理论与应用》文中进行了进一步梳理轴流泵具有大流量、低扬程、高比转速的特点,是提升、输送液体或使液体增加压能的重要工程设备,在水资源的时间、空间调度中起着至关重要的作用,并广泛应用于调水工程、防洪排涝和抗旱减灾,为人们的生命、财产安全提供保障。然而,泵站中使用的轴流泵常常造成鱼类死亡现象,为了降低鱼类通过大中型泵站轴流泵后的死亡率,本文以叶片撞击模型为切入点,结合理论分析、数值模拟和模型试验,分别以荷兰Bosman公司BVOP和Vision系列泵为原型,对鱼类友好型轴流式叶轮和导叶的设计方法进行了系统的研究。在江苏大学国家水泵及系统工程技术研究中心和荷兰埃因霍温理工大学的联合培养下,本文开展的主要研究工作和取得的主要创新成果如下:（1）提出了预测叶片泵鱼类通过性能的叶片撞击数学模型,基于荷兰Bosman公司Vision35混流泵的活鱼通过性能实验数据,在不同工况下对叶片撞击模型进行了对比验证,确立了使用数学模型判断叶片泵鱼类通过性能的方法。（2）基于叶片撞击模型,讨论了叶片泵比转速、扬程与鱼类通过性能之间的关联性,结果表明:在泵的选型过程中,低比转速、低扬程泵具有更加优异的鱼类通过性能;对于高比转速轴流泵来说,当选定泵的ND值后,适当的放大叶轮尺寸D,降低叶轮转速N,可以提升泵的过流能力和鱼类通过性能。（3）以荷兰Bosman公司BVOP125-Ⅲ-140型轴流泵为原型,预测了其水力性能及汽蚀性能,通过实验对比验证了数值模拟方法的正确性,并系统讨论了误差产生的原因;根据叶片撞击模型,在原型泵常运行的流量、扬程范围内,预测了鱼类通过性能,包括叶片前缘撞击概率和撞击损毁率,原型泵作为典型的高损伤轴流泵,需进行鱼类友好型设计以提高鱼类存活率。（4）对BVOP125-Ⅲ-140型轴流泵叶轮进行了鱼类友好型设计,并采用优化设计、模拟计算、流场分析、参数修正的迭代过程,完成了叶轮水力性能、汽蚀性能的优化,主要性能指标基本达到与原型泵一致的水平,满足使用要求。而与原型泵相比,设计工况下的鱼类死亡率则由65%降低至15%,降幅显着。（5）为了降低叶片前缘撞击鱼类后导致的鱼类死亡,提出了无撞击损伤叶片前缘形状的设计方法,计算了不同扬程、不同比转速泵叶轮达到无损撞击所需的周向前掠度,结果表明:泵比转速和扬程越高,无损叶片前缘的前掠度越大,低比转速泵设计无损叶片具有可行性。（6）在有限的周向空间下,提出了低撞击损伤叶片前缘的设计方法,采用幂函数描述前缘前掠形状函数,得到了不同前缘轮毂比和前掠度下限制水平撞击速度的最优指数k,以及与之对应的水平撞击速度u1sinα的极大值,可作为鱼类友好型轴流泵叶片前缘形状的设计依据。（7）以泵系统中的导叶为研究对象,理论分析了导叶对鱼类通过性能的影响,比转速和扬程越高,导叶前缘的撞击速度越大,高比转速泵不仅仅在叶轮中造成更多的鱼类损伤和死亡,在导叶中也同样如此。此外,建立了导叶撞击概率和导叶剪切概率的预测模型,结果表明:降低导叶内鱼类损伤可通过减小导叶叶片数、增加间隙比和弯掠导叶前缘来实现。（8）以Vision50泵为原型泵,设计了替代蜗壳的鱼类友好型导叶,水力性能实验表明,鱼类友好型导叶实现了原型泵过流能力的提高,最高效率点流量增大了近20%,最高效率仅降低了0.5%左右,满足使用要求;鱼类通过性能实验表明,Vision50叶轮匹配鱼类友好型导叶可大幅降低鱼类死亡率,导叶的鱼类通过性能优良,且优于Vision系列原型泵配套的蜗壳。鱼类友好型导叶与Vision泵叶轮的组合结构已在荷兰Obdam泵站成功应用,至今已稳定运行超过一年。
张鹏威[3]（2020）在《双向潜水贯流泵装置水力特性及导叶结构优化分析》文中研究说明双向潜水贯流泵是一种大流量、低扬程的泵装置,其通过叶轮的正、反向运转配以合理的流道来满足双向工作的要求,且具有结构紧凑、安装简易、便于维修等特点,因此常常被应用到兼顾灌溉和排涝的双向泵站中去。但在泵装置运行时,存在着正、反向运行性能差异较大的现象,为深入研究其产生较大差异的原因,并提出合理的优化建议,本文将通过CFD对双向潜水贯流泵装置的运行进行数值模拟,对其内流特性及水力性能进行分析,揭示其内部流动的规律。结果表明,双向潜水贯流泵装置的进水流道、导水锥段水力损失小,水力性能较好,设计工况下导叶和灯泡体支撑起到了较好回收环量的作用,使得出水流道内流态较为平顺,总体来说,泵装置正向运行时水力性能较好。泵装置反向运行时,叶轮反转,进水方向与正向相反,后置弯导叶变为前置弯导叶,由于弯导叶起到预旋作用,影响了叶轮进口处的流速均匀度,影响叶轮做功,其次,在叶轮出口处无导叶回收环量,使得出水流道内的水流呈螺旋状,水力损失增加,从而使得泵装置整体性能变差。本文将原装置中的弯导叶替换成NACA翼型的直导叶,对其四个主要设计参数:导叶叶片个数n、导叶叶片弦长L、导叶相对厚度δ、导叶间距d进行正交试验设计,分析其对泵装置性能影响。研究表明,采用直导叶后,双向潜水贯流泵装置正、反向性能差异变小,其中反向性能提高明显,正向性能有所降低,且随着直导叶设计参数变化,泵装置正向性能波动较大,反向性能波动较小。在众多因素中,导叶相对厚度δ对泵装置性能影响最大。对导叶相对厚度进行单因素分析发现,当泵装置正向运行时,导叶相对厚度对泵装置性能影响较大,且随着导叶相对厚度的增加,直导叶吸力面的流动分离得到改善,泵装置性能随之先提高后降低。导叶相对厚度存在最优值,可以根据实际情况,选择合适的导叶相对厚度来改善使用直导叶的双向潜水贯流泵的正向性能。当泵装置反向运行时,虽然随着导叶相对厚度的增加,泵装置的性能随之降低,但与弯导叶方案相比,反向效率的提高依然明显。因此,当设计配有直导叶的双向潜水贯流泵装置时,可通过选择合适的导叶相对厚度提高正向效率。本文中泵装置模型通过直导叶结构优化后,最优方案各参数为δ=15%、n=4、d=0.098D、L=130mm。在设计工况下,该方案正向效率为70.47%,正向扬程为2.55m,反向效率为66.09%,反向扬程为3.53m,与弯导叶方案相比,泵装置正向性能有所下降,效率降低3.1%,扬程下降0.12m,降低幅度不大;反向性能提升较为明显,效率提高7.8%,扬程提高1.33m,且泵装置正、反向性能差异以及最优工况点偏移变小。
李扬[4]（2019）在《潮汐电站用双向对旋轴流式水泵水轮机水力优化设计》文中认为潮汐能作为一种可再生能源,高效、清洁、并且可以大规模开发和应用。潮汐机组双向运行方式可以提供相对连续的电力,具有很强的电网适应性,可调峰运行,然而潮汐机组反向运行抽水工作时,效率特别低。由于对旋机组效率更高、结构更紧凑、性能曲线更稳定、抗气蚀性能更好,将对旋技术应用于潮汐电站上,期望能够在充分发挥发电优势的基础上,更有效地提升机组抽水工况的性能,为下一步发电提供更多的势能。对旋技术在风机上应用较为广泛,在泵和水轮机领域还很少见,其水动力设计、结构设计等技术还不成熟,对旋机构动-动干涉剧烈,内部流动复杂,将其应用在潮汐机组上,在实现其正反向发电以及正反向抽水基础功能的前提下,提升各向工况的性能具有重要的工程意义和学术价值。本文针对潮汐电站双向对旋轴流式水泵水轮机进行了水力优化设计,采用理论分析和水力优化设计计算相结合的方法对双向对旋轴流式水泵水轮机的性能进行研究,重点总结分析了对旋叶轮变转速和稳定性,探索了变转速下对旋轴流式潮汐机组性能变化规律,为后续开发潮汐电站机组发电方式提供了理论支持。主要研究内容和结论如下:1.构建了适用于潮汐电站上两种常见的对旋机组结构,对“S”形叶片双向对旋轴流式水泵水轮机进行了水力设计,对不同叶轮级间间隙对机组性能的影响做了计算与分析,获得了不同级间间隙下机组扬程（水头）和效率变化规律,并从涡量分布以及轴截面压力云图分析总结了级间间隙对机组的影响,初步确定了机组性能最佳级间间隙的范围。2.以各翼型安放角和级间间隙为优化参数,通过二次回归正交组合试验设计方法进行优化,对优化得到的回归模型做了显着性检验,并做了单因子效应分析和双因子效应分析。总结得到分别从改变单因素和双因素方面上,提高泵工况扬程、效率以及提高水轮机工况水头和效率的方法。3.通过变量转换直接寻优法找出各向工况最优方案;通过频率分析及统计寻优,以各工况临界值作为条件,在频率次数出现较高的区域内确定各工况因素的值。对所有列出的优化方案进行统计筛选,得出了各向工况综合性能达到最优的一组优化方案。4.分析首级叶轮、次级叶轮等转速运行下泵工况和水轮机工况两转轮性能变化,揭示了等转速下首级叶轮与次级叶轮功率变化规律。对泵工况和水轮机工况分别进行首级叶轮变转速和次级叶轮变转速分析,并分析了首级叶轮和次级叶轮周期径向力的变化,得到了两级叶轮等功率运行的匹配转速,揭示了变转速下首级叶轮和次级叶轮径向力的变化规律。
石丽建[5]（2017）在《轴流泵水力模型优化设计方法及关键技术研究》文中研究指明众所周知,轴流泵叶轮是泵装置最核心也是最重要的过流部件,其设计的好坏直接决定了装置乃至整个泵站的综合效果。随着日益复杂的运行需求,对水泵设计提出了更高的设计要求。目前,国内还没有一种能够将水力设计和结构设计融合在一起的协同设计优化方法,也就无法设计出满足复杂运行条件的优化叶轮。在当前不断强调降低能耗的大背景下,耗材和运行成本是考虑最多的因素。设计过程中考虑降低设计制造成本以及运行成本时,叶轮质量和运行效率这2个指标是最直观的表象指标。除了这2个指标外,设计人员还需要考虑轴流泵性能曲线形状、空化性能和结构强度等指标。一副设计成功的轴流泵叶轮,其结果应该是能够满足这四个指标的最终协调设计方案。本文为了提高轴流泵叶轮的综合性能,系统的对轴流泵叶轮进行多约束、多目标、多工况和多学科（四多）的优化设计研究,开发出能够满足工程实际应用的轴流泵综合性能最优的叶轮,推动国内水泵优化设计理论及方法的发展。在节约能源、降低轴流泵设计和制造成本方面具有重要的学术价值。同时在大型泵站更新改造、水力模型设计比选方面具有实际的工程指导意义和重要的理论价值。本文采用理论分析、数值模拟、数值优化和模型试验相结合的研究手段,对轴流泵优化设计理论方法及应用进行了系统的研究,主要形成以下研究成果:（1）针对叶栅稠密度、翼型安放角、翼型厚度和翼型拱度四个设计参数,通过DOE试验设计的方法对轴流泵设计工况下水力性能进行灵敏度分析。总的来说,翼型安放角对轴流泵的水力性能影响最大,其次是叶栅稠密度,再其次是翼型拱度,对结果影响最小的是翼型厚度。在轴流泵优化设计时,可根据灵敏度分析结果合理进行设计参数的选择与调整。（2）介绍了基于数值模拟的数值优化技术,提出了 DOE分析的因子参数化建模方法,建立了轴流泵叶轮的自动优化设计平台。并在此基础上,实现了设计工况下大尺寸设计参数的自动优化设计。设计工况下,叶片数越多,汽蚀性能越差,效率越低,叶片数对汽蚀性能影响较为显着。叶片数越多,扬程曲线斜率越大,在大流量区域扬程较低,在小流量区域扬程较高。叶片数越多,最高效率值越低,高效区范围往小流量区域偏移;设计工况下,轮毂比越大,效率越高,但汽蚀性能越差,轮毂比对汽蚀性能的影响比较显着。轮毂比越大,扬程性能曲线斜率越大,最大扬程越高,马鞍区扬程范围越大。轮毂比小,高效区范围较宽,并往大流量侧分布;改变翼型冲角,其他设计参数保持不变时,冲角增大,扬程升高,最高效率增大,高效区往大流量偏移。为了使翼型处于更高质量区,建议轮缘侧翼型冲角在0～3°之间,且比转数大的取小值。改变轮毂侧和中间断面翼型冲角时,设计工况下,为了得到较高扬程和较高效率的轴流泵叶轮,可以适当增加中间断面的翼型冲角,同时为了减小叶片扭曲改善非设计工况的水力性能,可以适当减小轮毂侧的翼型冲角。比转数保持一致时,冲角增大,扬程的斜率减小,最高效率值保持相当,高效区范围往大流量偏移且高效区范围变宽。泵站实际工程可根据最高运行扬程和最低运行扬程以及效率曲线的分布情况灵活选择叶轮叶片数量;而轮毂比和冲角则可以根据泵站实际运行水位灵活选取。（3）根据导叶体的作用及设计要求,提出了关于导叶设计优劣的3个性能评价指标。分析了导叶体叶栅稠密度和出口角2个主要设计参数对性能的影响,同时对导叶体进行了自动优化设计研究,最后对导叶体扫掠性能进行了分析研究。设计工况下,叶栅稠密度越大,动能回收系数越大,导叶回收的速度环量越大,出水流道的水力损失越小。在实际工程应用中,为了兼顾设计工况点的水力性能及全工况性能曲线的合理性,导叶出口角取值不宜过小,也不宜过大,可取90°～95°。优化后导叶的水力损失下降了 40 cm;导叶体动能回收系数从41.54%提高到85.74%,优化后的导叶体可以回收更多的速度环量,导叶出口的速度分布均匀度有所提高,可以减小部分出水流道水力损失。设计工况扬程和效率均随着扫掠角度增加先增大后减小,在导叶前掠16°左右,轴流泵的效率出现最大值。在大流量工况下轴流泵水力性能基本没有变化;而在小流量工况下,前掠导叶轴流泵的水力性能明显要优于后掠导叶。（4）提出了多目标优化设计目标函数归一化的权重处理方法,针对泵站各工况运行时间或重要性采用超传递矩阵计算各目标的权重因子。与工程实际结合,将工程中提出的最大扬程、设计扬程、平均扬程和最小扬程概化成基于高效区三个流量工况点优化、最大扬程和最小扬程校核的多工况问题。优化后在设计流量偏小流量时扬程有所减小,偏大流量时扬程稍有提高。设计工况点效率有所提高,大流量工况点效率提高了 7.4%,小流量工况点效率提高了 2.6%。除设计流量外两工况效率均有所提升,效率曲线整体抬高,高效运行范围更宽,优化效果明显。通过试验验证,优化后轴流泵效率较高,高效区范围明显变宽,汽蚀性能有着大幅度的提高。（5）通过优化拉丁方分析方法对轴流泵叶轮80个样本点进行多工况的流固耦合计算,然后对计算结果进行灵敏度分析,再对叶轮水力性能参数和结构性能参数进行近似模型建立,最后针对近似模型采用多目标优化算法进行多学科优化设计。小流量下的最大变形量受轮毂侧最大翼型厚度影响最大,受其他设计变量影响较小。小流量下的最大应力与各设计变量间均呈现先减小后增大的变化趋势,且各设计变量的二阶主效应非常明显。叶片质量的大小与翼型安放角和翼型拱度基本无关,主要受叶栅稠密度和翼型厚度的影响。响应面近似模型的拟合效果要优于其他近似模型。优化后单张叶片质量从0.947kg降低到0.848kg,降幅达到10.47%,而设计工况效率从93.91%提高到94.49%,增幅达到0.61%,优化效果明显。此外,除了最大应力值误差稍大之外,其他响应的近似模型结果与计算结果误差均在0.5%以内,说明近似模型精度较高,分析结果可靠。
许乔[6]（2018）在《基于搅拌流场特性的潜水搅拌器叶轮设计研究》文中研究指明由于水资源环境不断恶化,国家加大了污水治理力度。潜水搅拌器是一种新型高效的潜水搅拌装置和推流机械装置,其所拥有的搅拌推流能力将直接决定污水处理结果好坏。探索潜水搅拌器叶轮设计、分析潜水搅拌器叶轮内部流动特性,研究搅拌流场内部流动机理及其流动规律,总结出节能实用的潜水搅拌器模型,对我国潜水搅拌器的设计水平有着重大提升,发展国家污水处理事业。本文基于水动力学进行理论分析、对各模型进行数值模拟及物理实验相结合的研究方法,对潜水搅拌器进行了一系列的系统研究。其主要研究内容和成果如下:1、使用Turbogrid、Pro-E、ICEM软件,对轴流泵叶轮、贝特叶轮、水池、简化电机壳模型、导水锥等进行三维模型建立、并对各个模型进行网格划分,基于标准的k-ε湍流模型,对轴流泵叶轮及贝特叶轮进行数值模拟。2、通过对轴流泵叶轮模型和贝特叶轮模型数值模拟结果分析对比可知,（a）两副叶轮模型池内流场大体相似,都呈现出轴向推流、径向扩散的特征,可借助轴流泵叶轮的设计方法进行设计潜水搅拌器叶轮;（b）两副叶轮模型的内部流场存在一定差异,轴流泵叶轮相较于贝特叶轮进口流速较小、出口流速差异较大,需对轴流泵叶轮的水力模型进行修正以满足潜水搅拌器叶轮模型的需求;（c）通过对有无导管贝特潜水搅拌器电机功率和流场特性研究,发现有导管潜水搅拌器叶轮整体效果更好。3、对潜水搅拌器叶片设计方法进行介绍分析,并对潜水搅拌器水动力学进行分析。基于轴流泵叶片设计方法对叶轮流道模型进行修正,并采用变环量流型设计叶片,利用水力设计软件设计了潜水搅拌器叶片并进行叶轮三维模型和网格划分。4、对搅拌器叶轮流体流场数值模拟结果分析,发现其流体循环通道通畅,主体循环效果良好,且有效提高了循环区的液流速度。并将其与另两副叶轮模型进行搅拌效果对比,潜水搅拌器叶轮耗能大,但搅拌区域广,搅拌效果要好于另外两种叶轮模型,其综合搅拌效果较传统的轴流泵叶轮有了明显改善。5、利用传感器及变频器对搅拌器电机转速进行控制和测量推力扭矩。推力和扭矩测量装置精度较高,且其实验测量结果与数值模拟结果接近;利用旋桨仪所测量出的流速趋势与数值模拟值结果的流速分布趋势相同,有效验证了数值模拟与实验结果的准确性。
耿立新[7]（2016）在《新型自清洗过滤器的设计与研究》文中提出水污染和油液污染是社会发展过程中所产生的问题,水质的好坏直接关系到人们的日常生活,而油液的质量则会对液压系统的稳定性产生影响。研制出高效节能的过滤器是社会发展的必然要求。本文针对船舶压载水处理系统设计了一种新型的自清洗过滤器。在过滤器内部,多个滤芯同时工作,过滤面积大、效率高。过滤器以反冲洗方式进行自清洗。在清洗过程中,利用超声波空化效应增强清洗效果。自清洗装置将压载水系统的供水水压作为动力源,实现了能量的合理利用,同时又达到了节能环保无污染的目的。本文根据过滤器的工作原理完成了自清洗过滤器的结构设计,并在solidworks中完成了零部件的三维建模和装配设计;对过滤机理进行了分析并通过理论计算得到了过滤器总压降;完成了过滤过程的模拟仿真。自清洗装置的驱动力来自管道式水力叶轮的输出转矩,自清洗装置的运行阻力来自冲洗臂在水中旋转时产生的阻力,所以叶轮的输出动力能否满足运行要求是本文研究的关键点。本文对冲洗臂在水中运动时的受力情况进行了分析,运用STAR CCM+软件计算冲洗臂在水中旋转时所受到的阻力;基于翼型升力法对管道式水力叶轮进行了设计,并在solidworks中完成叶轮的三维建模;借助STAR CCM+中的DFBI六自由度运动模型分析叶轮在水流压力作用下的动力性能;依据管道式水力叶轮的工作原理搭建了测定叶轮动力性能的试验平台,试验结果验证了仿真分析的正确性。本文提出了一种由水力驱动叶轮旋转带动自清洗装置运行的新型自清洗过滤器,完成了过滤器的结构设计、理论分析、模拟仿真和试验研究。
姚登杰[8]（2016）在《高比转速蜗壳式混流泵三元水力设计及数值模拟》文中研究指明混流泵因其扬程适中、流量较大、适用范围广等特点,在国民经济众多领域被广泛应用。然而相比于离心泵和轴流泵,混流泵的设计开发依然没有成熟的理论体系,特别是针对高比转速蜗壳式混流泵,国内外对其研究甚少,缺乏可靠的水力模型。蜗壳式混流泵具有轴向尺寸短、机组的运行稳定性和可靠性高的优势,因此深入开展高比转速蜗壳式混流泵的水力设计研究成为必然。传统混流泵的水力设计方法通常借用离心泵的一元理论设计方法和轴流泵的奇点法与升力法,这些方法不仅要求设计者有充分的水力设计经验并且需要大量的时间和成本对模型进行反复修改和试验。本文结合工程实际需要应用准正交面三元流动理论方法完成了比转速为603的蜗壳式混流泵的水力设计,并分别通过三维定常和非定常数值模拟计算,研究其内部流场特性和压力脉动特性,以验证三元流动水力设计方法的可靠性,并为混流泵的稳定运行提供支撑。本文主要研究内容如下:1.根据准正交面三元流动计算,由三个运动方程和一个连续性方程,建立速度梯度方程,并将速度梯度方程分解成三个方向来求解流体质点速度,从而探索叶轮流场正问题计算方法。2.以速度系数法确定叶轮基本尺寸以及轴面投影图,给定“S”型速度矩分布规律对叶片型线方程进行积分,完成初始叶轮设计。并以MATLAB为开发平台编写程序对初始叶轮进行正反问题迭代运算直到收敛,从而完成叶轮的最终设计。3.采用PRO/E对所设计混流泵叶轮、蜗壳、进出口延长段进行三维建模和装配,将模型导入ICEM进行网格划分,结合CFX在不同工况下进行三维定常数值模拟,并作外特性分析。4.以设计工况下定常计算结果为初始条件,选取该泵内部流道各监测点进行三维非定常数值模拟,并通过时域图和频域图研究其内部流场压力脉动特性。通过以上工作得出如下结论:1.根据定常模拟结果所得泵内流场流线图、静压云图可以看出,该泵在设计工况和小流量工况下流线光滑合理,静压分布均匀有对称性,内部流动比较平稳,通过与采用速度系数法设计的原型泵水力性能对比,新型泵在设计工况点效率有了提高。2.在高比转速蜗壳式混流泵的水力设计过程中,采用“S”型速度矩沿流线的分布规律得到了合理的结果,为后续开展系列的高比转速蜗壳式混流泵的设计奠定了理论和方法基础。3.通过非定常模拟所得泵流道内各监测点压力脉动特性表明,叶轮内流动比较复杂,并受到轴频和叶频双重影响,压力脉动周期性从叶轮进口到出口逐渐趋于稳定;蜗壳内叶频占主导地位,压力脉动波形稳定,周期性良好,振幅沿着蜗壳轮廓线从隔舌处往蜗壳出口方向依次减弱,并随径向距离的增加而衰减。4.本文采用准正交面三元流动理论方法设计了高比转速蜗壳式混流泵,数值计算结果表明该方法使泵内部流场更接近其真实三维流场,可以更好地满足对高比转速蜗壳式混流泵稳定运行的要求。
朱尧华[9]（2016）在《轴流式水轮机叶片翼型参数化设计研究》文中进行了进一步梳理我国水力资源可开发量大,但我国水能开发的利用率与欧美发达国家相比仍有较大差距。在国家政策的大力支持下,我国水电在近年来有了突飞猛进的发展。其中,轴流式水轮机占据很大的比例,而传统轴流式水轮机的设计方法在与现代水力设计理论及CFD计算优化相结合的过程中,仍然需要开发设计多个模型进行实验分析,必然耗费了大量的时间与金钱。而参数化设计方法能基于现有模型,更灵活地改变叶片的轮廓,并便于生成3D叶片,从而进行CFD分析,可大大节约时间和制造成本,所以,将参数化设计方法应用于转轮叶片翼型的几何造型与优化设计是非常必要的。本文提出了一种基于曲线参数化设计的轴流式水轮机2D翼型及3D叶片的建模方法,主要研究内容和创新点如下:1.系统地分析总结了现有叶片翼型的规律,初步提出了一种翼型参数化设计方法。对现有某轴流式水轮机叶片的翼型进行圆柱截面截取,得到了不同截面各个翼型的轮廓。根据翼型骨线特点,采用内切圆的方法,分析比较各截面翼型的不同参数,最终得到了参数化过程中可能需要的翼型特征变量,例如最大厚度和最大厚度所在位置等。根据常规翼型气动性能分布规律,将翼型分割成4段,用分段参数化的方法进行建模。分别应用多阶多项式对翼型的4段曲线进行拟合,得到各段的多项式阶数,综合Bezier函数拟合曲线的特点,确定参数化曲线控制点的个数和位置,再通过Matlab进行曲线的建模,最终确定了基于Bezier曲线的4段10点10参数的参数化设计翼型的方法。最后将该方法分别应用于典型对称翼型NACA 0015以及某轴流式水轮机叶片翼型GOE 430。结果表明:当该方法用于典型的对称翼型NACA 0015,相似度达到87.2%,相对误差较小;但是,当该方法应用于某轴流式水轮机叶片的非对称翼型GOE 430时,存在较大偏差,与原始翼型相似度仅为69.9%,并且这些偏差对翼型的总体性能影响较大。2.针对初步参数化设计方法的不足,提出了一种优化的翼型参数化设计方法。为了提高参数化设计方法的拟合精度,在初始参数化设计方法的基础上,在翼型尾部上下方各增加一个控制点,以提高拟合精度。并且将优化后的方法应用于先前存在较大偏差的翼型GOE 430,再应用于典型对称翼型NACA 0015。当将该方法应用于翼型GOE 430时,参数化后的翼型与原始翼型在外形几何上较为接近,相似度提高很多,达到85%以上,气动性能也得到改善。并且对优化后的参数化设计翼型进行了CFD计算和流场分析,分析了翼型上下表面的压力系数,计算对比了不同攻角下参数化设计翼型与原始翼型的升阻力系数,在零攻角情况下,参数化设计翼型性能优于原始翼型,而在-5°和5°下,参数化设计翼型与原始翼型的性能相差不大。将优化的参数化设计翼型设计方法应用于典型对称翼型NACA 0015,优化设计的参数化设计翼型在外形上与原始翼型更为相近,并且与初步参数化设计方法设计的翼型相比,外形上更加相似,达到89.6%,同时,在气动性能方面,模拟升阻力系数与原型更为接近。3.基于优化的翼型参数化设计方法,提出了一种3D叶片参数化设计方法。以翼型参数化为基础,对叶片的翼型安放角和不同截面的翼型最大厚度与最大隆起进行参数化分析,最终得到轴流式水轮机叶片的参数化建模方法。本文以某轴流式水轮机为例,对其进行参数化造型分析,首先分别以不同截面作为标准翼型,建立不同的叶片模型,再通过CFD计算确定了以半径为0.165m标准翼型的叶片与实际结果最为接近,然后分析该叶片的流场以及压力场,最终认为该参数化设计方法能较好地应用于轴流式水轮机叶片的三维设计中。
纪兴英[10]（2013）在《水泵水轮机“S”特性预测方法研究》文中研究指明水泵水轮机运行工况复杂多变,作为水泵水轮机瞬态过渡过程中最重要的环节,水泵水轮机“S”特性是制约水泵水轮机安全、稳定运行的关键因素。严重的水泵水轮机“S”特性会导致机组不能由空载直接带负荷,造成机组水轮机工况并网启动困难；“S”特性较为明显的水泵水轮机,在甩负荷后会出现水轮机空载运行不稳定现象。水泵水轮机“S”特性研究对我国抽水蓄能技术的发展意义显着。根据水力机械实验原理,提出了一种基于CFD的全新水泵水轮机“S”特性预测方法。在“定转速、定水头”的初始条件下对水泵水轮机“S”特性进行数值预测；利用数值计算水头反算求解单位转速,获得“S”特性单位转速与单位流量的对应关系；通过水泵水轮机“S”特性计算结果与实验结果的比较,验证预测方法的可行性。针对水泵水轮机“S”特性定“转速、定水头预测方法”的不足,提出了水泵水轮机“S”特性单位转速和单位流量的修正公式。并应用数值计算验证数学修正的有效性和可行性,从“S”特性修正验证结果与实验结果的比较来看,修正公式可以较大程度的纠正数值预测方法的误差,尤其是对于低转速大流量计算工况可以起到极好的修正作用,这对于水泵水轮机过渡过程“四象限”全特性的预测有着重要意义。应用“水泵水轮机‘S’特性预测方法”,计算了两种翼型结构的“空间曲面活动导叶”对水泵水轮机“S”特性的作用,通过两种翼型空间曲面导叶与常规导叶“S”特性修正结果比较,确认“空间曲面活动导叶”对水泵水轮机“S”特性作用显着,其中“空间曲面活动导叶”翼型NACA1可以改善甚至消除水泵水轮机“S”特性。在两种翼型空间曲面导叶“S”特性计算结果基础上浅析了水泵水轮机“S”特性的形成机理。在“定转速、定水头”的初始条件下,采用SST k-ω模型对边界层网格细化的水泵水轮机启动工况进行数值计算,以数值计算水头反映水轮机启动工况单位转速与单位流量的关系,预测水泵水轮机“S”特性。在此基础上针对计算方法存在的不足提出了数值预测结果的修正公式,并应用数值计算验证了修正结果,通过修正验证结果与试验结果的比较可以看出：修正计算结果与模型实验结果有着良好的近似关系,可以很好的反映水泵水轮机“S”特性。从而得到了一种较为准确的低比转速水泵水轮机“S”特性的预测方法。应用“水泵水轮机‘S’特性预测方法”计算了两种翼型空间曲面导叶对水泵水轮机‘S’特性的影响,确认“空间曲面活动导叶”翼型NACA1可以显着改善水泵水轮机“S”特性。在此基础上浅析了水泵水轮机“S”特性的形成机理。
二、用奇点系法设计各种类型水轮机水泵转轮的研究（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、用奇点系法设计各种类型水轮机水泵转轮的研究（论文提纲范文）
（1）采用轮缘翼前置叶片设计理念改造转轮的探讨（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 水电站增容改造的意义和必要性 |
| 1.2 国内外的研究历程与发展现状 |
| 1.3 课题研究内容及创新点 |
| 1.4 本章总结 |
| 第2章 水轮机流动机理研究 |
| 2.1 流体力学研究方法概述 |
| 2.2 计算流体力学在水轮机中的应用 |
| 2.2.1 水轮机内部流动的基本方程 |
| 2.2.2 流动基本方程的离散方法 |
| 2.3 湍流数值模拟方法 |
| 2.4 水轮机内部流场计算算法 |
| 2.4.1 SIMPLE算法 |
| 2.4.2 SIMPLEC算法 |
| 2.5 水轮机数值模拟的边界条件 |
| 2.6 本章总结 |
| 第3章 水轮机计算域模型建立及网格划分 |
| 3.1 电站参数及运行情况简介 |
| 3.1.1 电站基本参数 |
| 3.1.2 电站运行情况简介 |
| 3.2 原型水轮机的三维建模 |
| 3.2.1 蜗壳及导叶的计算域模型建立三维设计 |
| 3.2.2 转轮的三维设计 |
| 3.2.3 尾水管的三维设计 |
| 3.3 水轮机组的网格划分 |
| 3.3.1 网格的种类与应用 |
| 3.3.2 划分网格软件的选取 |
| 3.3.3 水轮机组各流部件网格的生成 |
| 3.3.4 网格无关性验证 |
| 3.4 本章总结 |
| 第4章 水轮机转轮的优化设计 |
| 4.1 设计参数确定 |
| 4.1.1 比转速分析 |
| 4.1.2 效率水平及空化性能 |
| 4.1.3 导叶相对高度b_0/D_1的选择 |
| 4.1.4 转轮直径D_2/D_1的选择 |
| 4.1.5 转轮叶片数的选择 |
| 4.2 转轮的优化设计 |
| 4.2.1 转轮的设计流程 |
| 4.2.2 转轮轴面流道优化 |
| 4.2.3 单流道数值模拟 |
| 4.2.4 轮缘翼前置叶片的参数 |
| 4.3 本章总结 |
| 第5章 水轮机数值计算和流场分析 |
| 5.1 计算工况点的选择 |
| 5.2 计算结果分析 |
| 5.2.1 蜗壳以及导水机构的压力与速度分布 |
| 5.2.2 改造前后叶片压力的计算结果 |
| 5.2.3 改造前后叶片速度矢量图 |
| 5.2.4 叶片中面速度矢量图和压力云图 |
| 5.2.5 尾水管截面压力和速度矢量分布 |
| 5.2.6 改造前后水轮机组速度流线图 |
| 5.3 本章总结 |
| 第6章 改造前后水轮机的性能比较 |
| 6.1 改造前后过流部件水力损失的对比 |
| 6.1.1 改造前后蜗壳组件的水力损失 |
| 6.1.2 改造前后转轮的水力损失 |
| 6.1.3 改造前后尾水管的水力损失 |
| 6.2 改造前后水轮机组的性能参数对比 |
| 6.3 本章小结 |
| 结论与展望 |
| 结论与内容 |
| 不足和展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 附录 A 攻读学位期间发表的学术论文目录 |
（2）基于叶片撞击模型的鱼类友好型轴流泵设计理论与应用（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 轴流泵的研究现状 |
| 1.2.2 鱼类生物损伤机理 |
| 1.2.3 叶片撞击鱼类的研究进展 |
| 1.3 本文研究内容 |
| 第二章 叶片撞击模型及验证 |
| 2.1 叶片撞击损伤数学模型 |
| 2.2 鱼类损伤实验对比验证 |
| 2.3 泵比转速与鱼类通过性能的关系 |
| 2.4 轴流泵低转速大直径的选型方案 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 轴流泵水力性能及鱼类通过性能预测与验证 |
| 3.1 轴流泵水力模型 |
| 3.2 数值模拟方法 |
| 3.2.1 基本控制方程 |
| 3.2.2 空化模型 |
| 3.2.3 计算域及网格划分 |
| 3.2.4 数值方法及求解设置 |
| 3.3 轴流泵数值计算与实验结果对比分析 |
| 3.3.1 数值计算结果处理 |
| 3.3.2 预测值与实验值误差分析 |
| 3.4 轴流泵鱼类通过性能分析 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 鱼类友好型轴流叶轮设计与性能优化 |
| 4.1 鱼类友好型轴流叶轮的初始设计 |
| 4.1.1 叶片数 |
| 4.1.2 叶片前缘弯掠形状 |
| 4.1.3 翼型参数设计 |
| 4.1.4 叶片前缘截面(翼型头部)形状 |
| 4.1.5 鱼类友好型轴流式叶轮 |
| 4.2 鱼类友好型轴流泵性能优化 |
| 4.2.1 内流场分析 |
| 4.2.2 翼型参数优化 |
| 4.2.3 优化结果对比验证 |
| 4.3 鱼类友好型轴流泵鱼类通过性能分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 鱼类撞击无(低)损伤叶片前缘设计 |
| 5.1 无撞击损伤叶片前缘设计 |
| 5.2 无损叶片前掠度与比转速的关系 |
| 5.3 低撞击损伤叶片前缘设计 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 导叶内鱼类损伤分析及优化设计 |
| 6.1 导叶前缘撞击速度分析 |
| 6.2 导叶前缘撞击概率预测 |
| 6.3 叶轮与导叶间的剪切概率预测 |
| 6.4 降低导叶内鱼类损伤的方式 |
| 6.4.1 减少导叶叶片数nd |
| 6.4.2 增加间隙比sg |
| 6.4.3 弯掠导叶前缘 |
| 6.5 鱼类友好型导叶设计 |
| 6.5.1 原型泵水力模型 |
| 6.5.2 原型泵性能预测与实验对比 |
| 6.5.3 鱼类友好型导叶设计 |
| 6.6 鱼类友好型导叶性能预测与分析 |
| 6.6.1 外特性预测 |
| 6.6.2 压力回收特性 |
| 6.6.3 导叶前缘撞击速度分析 |
| 6.7 鱼类友好型导叶性能验证实验 |
| 6.7.1 外特性实验 |
| 6.7.2 鱼类通过性能实验 |
| 6.7.3 鱼类通过性能对比验证 |
| 6.8 本章小结 |
| 第七章 总结与展望 |
| 7.1 研究总结 |
| 7.2 研究展望 |
| 参考文献 |
| 附录一 :原型泵鱼类通过性能计算 |
| 附录二 :鱼类友好型轴流泵鱼类通过性能计算 |
| 附录三 :前缘形状最优指数和水平撞击速度极值计算 |
| 致谢 |
| 攻读博士学位期间发表的论文及参加的科研工作 |
（3）双向潜水贯流泵装置水力特性及导叶结构优化分析（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 符号说明 |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 双向泵站的水力设计 |
| 1.2.2 泵装置数值模拟的研究现状 |
| 1.2.3 双向泵装置的研究现状与发展 |
| 1.3 本文主要研究内容 |
| 第2章 泵装置内流数值模拟计算方法 |
| 2.1 泵装置参数的确立以及三维模型的建立 |
| 2.2 网格划分 |
| 2.2.1 网格划分的方法 |
| 2.2.2 网格数量无关性分析 |
| 2.3 控制方程 |
| 2.4 离散方法 |
| 2.5 湍流模型 |
| 2.6 边界条件及计算精度的设置 |
| 2.6.1 进口边界条件 |
| 2.6.2 出口边界条件 |
| 2.6.3 壁面边界条件 |
| 2.6.4 交界面设置 |
| 2.6.5 计算收敛精度 |
| 2.7 泵装置水力特性分析方式 |
| 2.8 本章小结 |
| 第3章 双向潜水贯流泵装置内流水力特性分析 |
| 3.1 双向潜水贯流泵装置的水力性能 |
| 3.2 泵装置正向运行时流态分析 |
| 3.2.1 正向进水流道水力性能分析 |
| 3.2.2 导水锥段纵断面内流特性及水力性能 |
| 3.2.3 叶轮室内流特性分析 |
| 3.2.4 导叶体内流特性及水力性能分析 |
| 3.2.5 灯泡体内流特性及水力性能分析 |
| 3.2.6 正向出水流道纵断面内流特性及水力性能 |
| 3.3 泵装置反向运行时流态分析 |
| 3.3.1 反向进水流道的水力性能 |
| 3.3.2 灯泡体特征截面内流特性及水力性能分析 |
| 3.3.3 导叶体内流特性及水力性能分析 |
| 3.3.4 叶轮进口速度三角形及内流特性分析 |
| 3.3.5 导水锥特征截面内流特性及水力性能分析 |
| 3.3.6 反向出水流道纵断面内流特性及水力性能分析 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 双向潜水贯流泵装置直导叶正交试验设计 |
| 4.1 正交试验法的概述 |
| 4.2 试验因素设计 |
| 4.2.1 各试验因素的参数取值 |
| 4.3 正交试验设计 |
| 4.4 正交试验结果分析 |
| 4.4.1 泵装置正向运行时各因素极差分析 |
| 4.4.2 泵装置反向运行时各因素极差分析 |
| 4.5. 针对导叶相对厚度δ单因素的内流特性分析及水力性能研究 |
| 4.5.1 研究方案 |
| 4.5.2 正向运行时导叶相对厚度对泵装置内流特性的影响 |
| 4.5.3 正向运行时导叶相对厚度对泵装置性能的影响 |
| 4.5.4 反向运行时导叶相对厚度对泵装置内流特性的影响 |
| 4.5.5 反向运行时导叶相对厚度对泵装置性能的影响 |
| 4.6 最优方案整体水力性能分析 |
| 4.6.1 最优方案与原方案水力性能对比 |
| 4.6.2 最优方案与原方案出水流道内流特性对比分析 |
| 4.7 本章小结 |
| 第5章 总结与展望 |
| 5.1 总结 |
| 5.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
（4）潮汐电站用双向对旋轴流式水泵水轮机水力优化设计（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 课题研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 对旋设计研究现状 |
| 1.2.2 叶轮优化研究现状 |
| 1.2.3 对旋叶轮变转速研究现状 |
| 1.3 本课题研究的主要内容 |
| 1.3.1 课题来源 |
| 1.3.2 主要研究内容 |
| 第二章 贯流式对旋多工况水轮机设计理论基础 |
| 2.1 “S”形叶片的动力势能 |
| 2.2 多因素优化设计理论与方法 |
| 2.2.1 正交试验统计分析 |
| 2.2.2 Box-Behnken设计 |
| 2.2.3 均匀试验设计 |
| 2.2.4 二次饱和D-最优设计 |
| 2.2.5 二次正交回归组合设计 |
| 2.3 本章小结 |
| 第三章 双向对旋轴流式水泵水轮机水力设计 |
| 3.1 双向对旋轴流式水泵水轮机机组结构 |
| 3.2 双向对旋轴流式叶轮水力设计 |
| 3.2.1 结构参数选择 |
| 3.2.2 流线法设计计算截面 |
| 3.2.3 “S”叶片的造型 |
| 3.3 不同叶轮级间间隙对性能的影响 |
| 3.3.1 对旋水轮机流体域三维造型与网格划分 |
| 3.3.2 泵与水轮机工况边界条件设置 |
| 3.3.3 级间间隙对外特性的影响 |
| 3.3.4 不同级间间隙内部流动分析 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 对旋叶轮优化设计及结果寻优分析 |
| 4.1 二次回归正交组合试验设计方法 |
| 4.1.1 二次回归正交组合试验设计变量及设计方案的确定 |
| 4.1.2 二次回归正交组合结果统计方法 |
| 4.1.3 回归方程的显着性检验 |
| 4.2 二次回归正交组合结果统计分析 |
| 4.2.1 单因子效应分析 |
| 4.2.2 双因子互作效应分析 |
| 4.2.3 变量转换直接寻优 |
| 4.2.4 频率分析及统计寻优 |
| 4.2.5 优化性能对比与综合性能 |
| 4.3 本章小结 |
| 第五章 对旋叶轮变转速及稳定性分析 |
| 5.1 两级叶轮等转速运行特性分析 |
| 5.2 泵工况叶轮变转速匹配运行性能 |
| 5.2.1 泵工况次级叶轮变转速匹配 |
| 5.2.2 两级叶轮匹配运行性能 |
| 5.3 水轮机工况叶轮变转速匹配运行性能 |
| 5.3.1 水轮机工况首级叶轮变转速匹配 |
| 5.3.2 水轮机工况次级叶轮变转速匹配 |
| 5.3.3 两级叶轮匹配运行性能 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 研究结果总结 |
| 6.2 工作展望 |
| 附表 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读硕士期间发表的学术论文及工作内容 |
| 一、论文成果 |
| 二、部分授权及受理专利 |
| 三、获奖情况 |
| 四、参加科研项目 |
（5）轴流泵水力模型优化设计方法及关键技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 主要符合说明 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 水泵设计方法 |
| 1.2.2 水泵优化方法 |
| 1.2.3 多学科优化设计研究进展 |
| 1.3 拟解决的问题 |
| 1.4 研究内容 |
| 第二章 轴流泵数值模拟和优化方法 |
| 2.1 轴流泵数值模拟方法 |
| 2.1.1 控制方程 |
| 2.1.2 紊流模型 |
| 2.1.3 边界条件 |
| 2.1.4 网格模型 |
| 2.2 轴流泵数值优化技术 |
| 2.2.1 参数化建模 |
| 2.2.2 用户界面的组成 |
| 2.2.3 优化方法 |
| 2.2.4 自动优化设计平台 |
| 2.2.5 软件集成 |
| 2.3 叶片数对轴流泵性能的影响 |
| 2.3.1 叶轮叶片数对轴流泵水力性能的影响 |
| 2.3.2 导叶叶片数对轴流泵水力性能的影响 |
| 2.4 轮毅比对轴流泵性能的影响 |
| 2.5 小结 |
| 第三章 轴流泵叶轮的试验设计方法及分析 |
| 3.1 DOE方法简介 |
| 3.2 DOE分析方法 |
| 3.2.1 参数试验 |
| 3.2.2 全因子设计 |
| 3.2.3 部分因子设计 |
| 3.2.4 正交数组 |
| 3.2.5 中心组合法 |
| 3.2.6 拉丁超立方设计 |
| 3.2.7 最优拉丁超立方法 |
| 3.2.8 自定义数据文件 |
| 3.3 轴流泵叶片的DOE设计 |
| 3.3.1 算法的选择 |
| 3.3.2 计算模型 |
| 3.3.3 参数建模及DOE优化流程 |
| 3.4 设计参数灵敏度分析 |
| 3.4.1 DOE设计结果 |
| 3.4.2 叶栅稠密度 |
| 3.4.3 翼型安放角 |
| 3.4.4 翼型拱度 |
| 3.4.5 翼型厚度 |
| 3.5 小结 |
| 第四章 轴流泵叶轮自动优化设计 |
| 4.1 参数化建模 |
| 4.2 优化流程 |
| 4.3 优化模型 |
| 4.4 优化算法 |
| 4.4.1 梯度优化的优缺点 |
| 4.4.2 梯度优化原理 |
| 4.4.3 约束 |
| 4.5 不同叶片数的轴流泵优化设计 |
| 4.6 不同轮毂比的轴流泵优化设计 |
| 4.7 不同冲角的轴流泵优化设计 |
| 4.8 小结 |
| 第五章 轴流泵导叶体优化设计 |
| 5.1 导叶主要设计参数对装置水力特性的影响 |
| 5.1.1 导叶的设计 |
| 5.1.2 叶栅稠密度对导叶设计的效果评价 |
| 5.1.3 出口角对导叶设计的效果评价 |
| 5.2 导叶体的自动优化设计 |
| 5.2.1 贝塞尔曲线参数化建模 |
| 5.2.2 微遗传算法及PIAnO优化流程 |
| 5.2.3 优化结果与讨论 |
| 5.3 扫掠导叶对轴流泵水力性能的影响 |
| 5.4 小结 |
| 第六章 轴流泵多工况自动优化设计 |
| 6.1 工况分析 |
| 6.2 多目标权重因子的处理 |
| 6.3 轴流泵叶轮的参数化建模 |
| 6.4 轴流泵段的多工况优化设计 |
| 6.4.1 多工况计算模型 |
| 6.4.2 多工况优化模型 |
| 6.4.3 多工况优化流程 |
| 6.5 优化结果与分析 |
| 6.6 小结 |
| 第七章 轴流泵多学科优化设计 |
| 7.1 结构静力学基础 |
| 7.2 耦合场分析的实现方法 |
| 7.3 流固耦合计算分析 |
| 7.3.1 参数模型 |
| 7.3.2 网格及荷载 |
| 7.3.3 实验设计 |
| 7.3.4 计算结果及分析 |
| 7.4 计算结果灵敏度分析 |
| 7.5 近似模型 |
| 7.5.1 响应面(RSM)模型 |
| 7.5.2 神经网络(RBF/EBF)模型 |
| 7.5.3 Chebyshev正交多项式模型 |
| 7.5.4 克里格(Kriging)模型 |
| 7.5.5 近似模型构造 |
| 7.6 优化设计 |
| 7.6.1 优化模型 |
| 7.6.2 优化算法 |
| 7.6.3 优化结果及分析 |
| 7.7 小结 |
| 第八章 轴流泵模型试验研究 |
| 8.1 模型泵样机与安装 |
| 8.2 模型试验测试内容 |
| 8.3 模型试验系统及测试方法 |
| 8.3.1 试验系统 |
| 8.3.2 测试方法 |
| 8.4 模型试验结果 |
| 8.4.1 ZM55模型试验结果 |
| 8.4.2 ZM63模型试验结果 |
| 8.5 与国内外同类模型泵比较 |
| 8.6 数值模拟与模型试验对比 |
| 8.7 多工况优化前后泵段水力性能比较 |
| 8.8 导叶扫掠前后轴流泵水力性能比较 |
| 8.9 小结 |
| 第九章 总结与展望 |
| 9.1 结论 |
| 9.1.1 主要成果 |
| 9.1.2 创新点 |
| 9.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读博士学位期间取得的相关科研成果 |
（6）基于搅拌流场特性的潜水搅拌器叶轮设计研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 主要符号说明 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 潜水搅拌器的简介 |
| 1.3 国内外研究现状 |
| 1.3.1 国外研究现状 |
| 1.3.2 国内研究现状 |
| 1.4 本文研究内容 |
| 第二章 搅拌流场数值模拟 |
| 2.1 CFX软件简介 |
| 2.2 潜水搅拌器数值模拟方法 |
| 2.3 数值模拟基本参数 |
| 2.3.1 数值模型建立 |
| 2.3.2 理论基础 |
| 2.3.3 条件设置和求解设置 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 搅拌器叶轮流场特征 |
| 3.1 搅拌流场分析 |
| 3.2 叶轮内流场分析 |
| 3.2.1 叶轮内部流场分析 |
| 3.2.2 叶轮进出口流场分析 |
| 3.3 本章小结 |
| 第四章 潜水搅拌器设计 |
| 4.1 叶片设计方法 |
| 4.2 流动模型 |
| 4.3 叶片参数选择 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 搅拌效果分析 |
| 5.1 潜水搅拌器叶轮数值模拟 |
| 5.2 潜水搅拌器叶轮对比分析 |
| 5.2.1 流场对比分析 |
| 5.2.2 搅拌效果对比分析 |
| 5.3 本章小结 |
| 第六章 潜水搅拌器实验 |
| 6.1 实验目的 |
| 6.2 实验装置 |
| 6.2.1 潜水搅拌器安装方式 |
| 6.2.2 推力扭矩测量原理 |
| 6.2.3 流场流速测量装置 |
| 6.3 实验结果分析 |
| 6.4 本章小结 |
| 第七章 结论与展望 |
| 7.1 结论 |
| 7.2 前景和展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
（7）新型自清洗过滤器的设计与研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题的研究背景 |
| 1.2 过滤技术及过滤设备的发展 |
| 1.3 自清洗过滤器的发展现状 |
| 1.3.1 自清洗过滤器的概述 |
| 1.3.2 国内外发展现状 |
| 1.4 课题的研究内容及研究方法 |
| 第2章 新型自清洗过滤器的结构设计 |
| 2.1 工作原理及结构特点 |
| 2.2 结构部件设计 |
| 2.3 传动系统设计 |
| 2.4 超声波清洗装置的设计 |
| 2.4.1 超声波换能器和发生器的选型 |
| 2.4.2 超声波功率设计 |
| 2.4.3 换能器的安装 |
| 2.4.4 超声波声场均匀化 |
| 2.5 自清洗过滤器的三维模型 |
| 2.6 本章小结 |
| 第3章 过滤器压降计算 |
| 3.1 过滤原理 |
| 3.2 过滤器压降计算 |
| 3.2.1 过滤介质压降计算 |
| 3.2.2 过滤器滤饼压降计算 |
| 3.3 过滤流动的模拟 |
| 3.4 冲洗臂扭矩分析 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 管道式水力叶轮的设计 |
| 4.1 设计理论 |
| 4.2 设计方法 |
| 4.2.1 平面叶栅奇点法 |
| 4.2.2 翼型升力法 |
| 4.3 设计参数的选择 |
| 4.4 三维建模 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 管道式水力叶轮的仿真分析 |
| 5.1 CFD分析 |
| 5.2 叶轮流场模型 |
| 5.2.1 流场计算域的建立 |
| 5.2.2 计算域的网格划分 |
| 5.3 边界条件的设置 |
| 5.4 结果分析 |
| 5.4.1 流场分析 |
| 5.4.2 不同轮缘间隙的流动分析 |
| 5.4.3 性能分析 |
| 5.5 本章小结 |
| 第6章 管道式水力叶轮性能的测定试验 |
| 6.1 试验目的 |
| 6.2 试验平台的设计 |
| 6.3 试验装置 |
| 6.4 试验模型 |
| 6.5 数据采集 |
| 6.6 试验数据与分析 |
| 6.7 试验小结 |
| 第7章 总结与展望 |
| 7.1 总结 |
| 7.2 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间发表的学术论文 |
| 致谢 |
| 详细摘要 |
（8）高比转速蜗壳式混流泵三元水力设计及数值模拟（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 混流泵分类 |
| 1.3 国内外研究现状分析 |
| 1.3.1 混流泵研究进展 |
| 1.3.2 三元理论研究进展 |
| 1.3.3 CFD的发展及其在水泵设计中的应用 |
| 1.4 本文主要内容 |
| 第二章 混流泵三元流动计算 |
| 2.1 泵内三元流动理论概述 |
| 2.2 三元流动计算基本方程 |
| 2.3 三元流动准正交面计算 |
| 2.3.1 计算方法定义 |
| 2.3.2 方向导数公式推导 |
| 2.3.3 流量积分 |
| 2.3.4 流量等分反插 |
| 2.3.5 流线校正 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 混流泵叶轮三元水力设计 |
| 3.1 概述 |
| 3.2 速度系数法设计初始叶轮 |
| 3.2.1 泵性能参数确定 |
| 3.2.2 泵几何参数确定 |
| 3.2.3 轴面流线的绘制 |
| 3.2.4 叶片绘型 |
| 3.2.5 速度矩分布规律 |
| 3.2.6 叶片加厚 |
| 3.3 叶轮正反问题迭代程序设计 |
| 3.3.1 MATLAB简介 |
| 3.3.2 迭代计算 |
| 3.4 本章小节 |
| 第四章 高比转速蜗壳式混流泵定常流动数值模拟 |
| 4.1 概述 |
| 4.2 控制方程与湍流模型选择 |
| 4.2.1 控制方程 |
| 4.2.2 湍流模型 |
| 4.3 计算模型建立及网格划分 |
| 4.3.1 叶轮三维造型 |
| 4.3.2 蜗壳设计 |
| 4.3.3 计算模型建立 |
| 4.3.4 网格划分 |
| 4.3.5 网格无关性检查 |
| 4.3.6 定常数值模拟基本设置 |
| 4.4 数值模拟结果分析 |
| 4.4.1 泵内流场速度分析 |
| 4.4.2 泵内流场静压分析 |
| 4.4.3 叶轮叶片表面静压分析 |
| 4.4.4 速度矩分布规律验证 |
| 4.4.5 水力性能对比 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 高比转速蜗壳式混流泵非定常流动数值模拟 |
| 5.1 概述 |
| 5.2 非定常计算基本设置 |
| 5.2.1 非定常计算参数设置 |
| 5.2.2 压力脉动监测点设置 |
| 5.3 压力脉动分析方法 |
| 5.3.1 时域法 |
| 5.3.2 频域法 |
| 5.4 混流泵压力脉动特性分析 |
| 5.4.1 压力脉动时域特性 |
| 5.4.2 压力脉动频域特性 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 工作总结 |
| 6.2 工作展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者攻读硕士学位期间发表的论文 |
（9）轴流式水轮机叶片翼型参数化设计研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.1.1 我国水电的发展现状 |
| 1.1.2 轴流式水轮机 |
| 1.1.3 传统的轴流式水轮机叶片设计方法 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 关于曲线参数化的设计方法 |
| 1.2.2 参数化设计方法应用于翼型设计 |
| 1.2.3 参数化设计方法应用于叶片设计 |
| 1.2.4 参数化应用的具体方法 |
| 1.3 本文主要研究内容 |
| 第二章 轴流式水轮机 2D翼型参数化初步设计 |
| 2.1 对某轴流式水轮机叶片翼型截取分析 |
| 2.2 基于Bezier曲线的翼型参数化设计方法 |
| 2.2.1 Bezier曲线 |
| 2.2.2 参数化设计方法 |
| 2.3 参数化设计方法的验证与应用 |
| 2.3.1 典型对称翼型NACA 0015 |
| 2.3.2 某轴流式水轮机叶片翼型GOE 430 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 轴流式水轮机 2D翼型参数化优化设计 |
| 3.1 优化设计方法 |
| 3.2 优化后参数化设计方法的验证与应用 |
| 3.2.1 某轴流式水轮机叶片翼型GOE 430 |
| 3.2.2 典型对称翼型NACA 0015 |
| 3.3 本章小结 |
| 第四章 轴流式水轮机 3D叶片的参数化设计 |
| 4.1 翼型安放角的参数化分析 |
| 4.2 不同截面最大厚度和隆起分布规律 |
| 4.3 参数化叶片造型 |
| 4.3.1 各截面翼型的造型 |
| 4.3.2 各叶片的造型 |
| 4.4 CFD计算 |
| 4.4.1 网格划分 |
| 4.4.2 湍流模型的选择 |
| 4.4.3 边界条件和收敛性设置 |
| 4.4.4 网格无关性检查 |
| 4.4.5 模拟结果分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 总结与展望 |
| 5.1 研究总结 |
| 5.2 研究展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读硕士学位期间参加的科研项目及发表的学术论文 |
| 发表的学术论文 |
| 参加的科研工作 |
| 实习经历 |
| 附录 翼型参数化设计Matlab程序(以NACA 0015翼型初步参数化设计为例) |
（10）水泵水轮机“S”特性预测方法研究（论文提纲范文）
| 论文创新点 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 引言 |
| 1.1 概述 |
| 1.1.1 我国水电建设正处于前所未有的发展时期 |
| 1.1.2 国家电力运行仍以火电为主 |
| 1.1.3 抽水蓄能在电力系统中的作用无可替代 |
| 1.2 抽水蓄能技术 |
| 1.2.1 国外抽水蓄能技术 |
| 1.2.2 我国抽水蓄能技术发展现状 |
| 1.2.3 抽水蓄能技术的发展趋势 |
| 1.3 水泵水轮机低水头启动“S”特性研究与进展 |
| 1.3.1 水泵水轮机“S”特性对机组运行稳定性的影响 |
| 1.3.2 水泵水轮机低水头启动“S”特性研究现状 |
| 1.4 研究的目的和内容 |
| 1.4.1 研究的目的和意义 |
| 1.4.2 研究内容 |
| 第2章 水力机械基础理论 |
| 2.1 理论研究的发展 |
| 2.2 水泵水轮机相似原理 |
| 2.2.1 水泵水轮机相似条件 |
| 2.2.2 相似水泵水轮机的参数换算 |
| 2.2.3 表征水泵水轮机相似的特征参数——比转速 |
| 2.2.4 粘性不可压缩流体定常流动的相似准则 |
| 2.3 粘性不可压缩流体的计算 |
| 2.3.1 粘性不可压缩流体的纳维-斯托克斯方程 |
| 2.3.2 雷诺时均N-S方程 |
| 2.3.3 湍流模型 |
| 第3章 水轮机工况低水头启动“S”特性计算 |
| 3.1 水泵水轮机“S”特性预测方法 |
| 3.2 湍流模型的选择 |
| 3.2.1 湍流模型的数值方法 |
| 3.2.2 SST k-omega湍流模型 |
| 3.3 近壁面边界流动 |
| 3.3.1 近壁面边界层流动的模拟 |
| 3.3.2 边界层网格划分 |
| 3.4 水泵水轮机“S”特性数值计算 |
| 3.4.1 单位流量350数值分析结果 |
| 3.4.2 单位流量300数值分析结果 |
| 3.4.3 单位流量250数值分析结果 |
| 3.4.4 单位流量200数值分析结果 |
| 3.4.5 单位流量150数值分析结果 |
| 3.4.6 单位流量100数值分析结果 |
| 3.4.7 单位流量50数值分析结果 |
| 3.5 计算结果分析 |
| 3.6 计算结果与实验结果的比较 |
| 3.6.1 导叶6°转角工况“S”特性计算结果与实验比较 |
| 3.6.2 导叶8°转角工况“S”特性计算结果与实验比较 |
| 3.6.3 导叶10°转角工况“S”特性计算结果与实验比较 |
| 第4章 计算结果的修正与验证 |
| 4.1 计算结果的修正 |
| 4.1.1 修正公式的推导 |
| 4.1.2 水泵水轮机“S”特性修正结果 |
| 4.2 修正结果的验证 |
| 4.2.1 修正结果的数值计算 |
| 4.2.2 修正前后“S”特性数值计算结果与实验结果比较 |
| 第5章 一种新型导叶对水泵水轮机“S”特性的影响 |
| 5.1 水泵水轮机空间曲面活动导叶 |
| 5.2 空间曲面活动导叶与转轮的联合计算 |
| 5.2.1 空间曲面导叶翼型的选择 |
| 5.2.2 空间曲面活动导叶数值分析结果 |
| 5.3 空间曲面活动导叶对水泵水轮机“S”特性的影响 |
| 5.3.1 两种空间曲面活动导叶的“S”特性数值计算结果 |
| 5.3.2 空间曲面活动导叶对水泵水轮机“S”特性的作用 |
| 5.4 水泵水轮机“S”特性机理浅析 |
| 第6章 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 附表 |
| 攻读博士期间发表的论文及专利申请情况 |
| 致谢 |
四、用奇点系法设计各种类型水轮机水泵转轮的研究（论文参考文献）
- [1]采用轮缘翼前置叶片设计理念改造转轮的探讨[D]. 宛航. 兰州理工大学, 2021(01)
- [2]基于叶片撞击模型的鱼类友好型轴流泵设计理论与应用[D]. 潘强. 江苏大学, 2019(05)
- [3]双向潜水贯流泵装置水力特性及导叶结构优化分析[D]. 张鹏威. 扬州大学, 2020(06)
- [4]潮汐电站用双向对旋轴流式水泵水轮机水力优化设计[D]. 李扬. 江苏大学, 2019(10)
- [5]轴流泵水力模型优化设计方法及关键技术研究[D]. 石丽建. 扬州大学, 2017(06)
- [6]基于搅拌流场特性的潜水搅拌器叶轮设计研究[D]. 许乔. 扬州大学, 2018(01)
- [7]新型自清洗过滤器的设计与研究[D]. 耿立新. 江苏科技大学, 2016(03)
- [8]高比转速蜗壳式混流泵三元水力设计及数值模拟[D]. 姚登杰. 江苏大学, 2016(11)
- [9]轴流式水轮机叶片翼型参数化设计研究[D]. 朱尧华. 江苏大学, 2016(11)
- [10]水泵水轮机“S”特性预测方法研究[D]. 纪兴英. 武汉大学, 2013(10)