《大型斜式轴流泵装置水力性能预估及其结构动力学分析》

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该课题以"扩大杭嘉湖南排杭州三堡排涝泵站"为验证对象,研究提高大型轴流泵性能预估精度的方法,研究机组非定常的振动和噪声、叶片调节机构受力及实验验证方法。这对提高泵站设计和运行的安全性、稳定性、高效性和环境舒适性均具有重要的科学研究意义和工程应用价值。通过该项课题的研究,分别建立了偏工况、空化和瞬态工况下轴流泵内部流动模拟模型与仿真方法,提高水泵装置内部流场和水力性能预估的分析水平,为大型泵站设计和优化选型提供有效指导,并开发分析软件程序,为泵站轴流泵水力性能的预测提供了很好的技术手段。项目研究还提出了改善斜式轴流泵装置在偏流量工况下改善进口流态的流动控制方法,通过参数化寻优,设计了三堡排涝泵站的进口流道的改进方案。该类方法亦可用于改善其它轴流泵站、斜流泵站在小流量工况下的不稳定流态,降低叶轮进口由于预旋产生强烈的低频压力脉动而引起机组振动问题。在现有成果的基础上,提出斜式轴流泵叶轮叶片调节机构的力学特性的分析方法,实现对叶片调节力的精确计算,并获得原型试验的验证,编制调节机构叶片调节控制软件1套,对于轴流泵叶片机构的受力情况分析和调节过程的控制具有很好的指导意义。发表了学术论文9篇,其中SCI/EI收录3篇。编制调节机构叶片调节控制软件1套。该课题首次构建了曲率修正的滤波器湍流模型-FBM-CC,为轴流泵内部流动特性分析,提供了一套能反映湍流多尺度性和流动曲率效应的数学模型,基于该模型可有效开展偏工况、空化以及其他瞬态工况下的轴流泵内部流动问题的分析。该课题首次引入BVF流动诊断方法用于轴流泵内部流动特性分析,基于该方法可快速探寻叶片表面产生流动分离等不良流动的物理根源,有效揭示了"马鞍区"形成的内部流动机理,即叶轮进口回旋流以及叶片表面分离流引起流道的严重堵塞,导致轴流泵"马鞍区"的形成;该课题综合考虑水力矩、离心力矩和摩擦力矩效应,建立了轴流泵叶片调节机构叶片调节力精确计算方法,采用该方法可有效提高轴流泵叶片调节机构叶片调节力的计算精度。

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