[00695597]离心泵内部流动特性与节能技术研究及应用

该项目来源于2项国家自然科学基金(50279011和50649029)、1项高等学校博士点基金(20050299006)和江苏省自然基金重点项目(BK2007706)，由江苏大学承担完成，并通过了中国机械联合会组织的鉴定。泵广泛应用于国民经济的各个领域，其中离心泵约占所有泵类产品的70%～80%左右。泵是列入中国《节能中长期专项规划》的重要耗能设备。据统计，泵耗电量约占全国总发电量的20.9%。该项目采用理论分析、数值模拟、实验测试相结合的研究方法，对离心泵内部非定常流动特性、水力设计优化和运行节能技术等进行了较长期、系统、深入研究及推广应用，研究成果促进了泵行业基础理论及基该技术水平的提高。由于离心泵内部存在复杂的流动现象，流动结构非常丰富，其内部和出口均存在压力脉动，进而能诱导产生噪声和振动；不同的设计，其非定常特性也不同。针对同一设计参数下不同设计方法设计的多个离心泵进行全流道非定常数值模拟研究，首次从非定常特性对离心泵不同设计方法进行了对比研究；应用出口压力波动特性对离心泵空化进行了检测，通过分析振动信号中是否存在准周期振动信号来判断空化是否已经发生，并应用Huguchi方法求解振动信号的分形维数，进而判断离心泵内的空化情况；提出了作用在离心泵内耦合面上径向力的简化计算方法；首次针对离心泵的内部流场和叶轮转子振动结构实现了同步交替求解的流固耦合计算，分析了叶轮变形对流场的影响；在考虑泵内部流场对叶片作用的情况下，首次对离心泵叶轮在水中的模态进行了分析，研究了流体压力载荷对叶轮转子自振特性的影响。分流叶片设计的优化是改善离心泵内部流动结构，提高性能的最有效的方法之一。基于全流场的数值模拟和性能预测，进行了离心泵分流叶片数的设计优化；采用正交试验方法，研究分流叶片主要结构参数对泵扬程和效率影响的主次顺序；首次提出了带分流叶片离心泵的无过载设计，分析了实现无过载的条件，推导了最大轴功率及其位置的计算公式，形成了一套较为实用的带分流叶片离心泵设计理论与方法；建立了带分流叶片离心泵效率和扬程的预测模型。建立了基于单变频器配置的泵站优化运行模型，解决了相同水泵配置的泵站在单调速方案下运行效率低的问题；提出了按装置需求特性及需求规律是否明确，将水泵系统分为确定和不确定的两类系统；建立了一种新型线性规律的变流变压控制策略，使节能空间得到进一步挖掘，并在实际应用中使泵站能耗降低20%以上。该项目发表论文近50篇，其中被SCI、EI收录20余篇，培养研究生15人，其中博士4人。研究成果被国内众多泵企业直接或间接应用，取得了明显的经济效益、社会效益和环境效益。