张帆
- 作品数：9 被引量：71H指数：6
- 供职机构：江苏大学流体机械工程技术研究中心更多>>
- 发文基金：国家自然科学基金江苏高校优势学科建设工程资助项目江苏省普通高校研究生科研创新计划项目更多>>
- 相关领域：机械工程农业科学水利工程电气工程更多>>
- 侧流道泵叶轮轴径向间隙内流动特性数值模拟与验证被引量：11
- 2015年
- 为了研究侧流道泵叶轮周围间隙质量流量交换规律,该文利用数值计算方法研究了侧流道泵在最高效率工况点下叶轮间隙处的流动规律,具体分析了其脉动扬程、交换质量流量、间隙处压力脉动情况、轴向速度变化等。结果表明,每旋转一个叶轮流道（18°）,扬程出现一次完整的波动周期,每个周期内扬程最大值与最小值相差0.07 m左右;间隙外缘监测点的瞬时压力值明显大于其他4个监测点,顶部监测点压力值最大,在整个周期内的平均压力值大约是最小压力监测点的2.8倍;右侧间隙靠近外缘处的流体交换最激烈,该处速度绝对值最大;流体主要是在右侧间隙外缘大约0.8-1倍间隙半径处向侧流道流入,在0.53-0.8倍间隙半径处从侧流道流出至叶轮中;净交换流曲线近似呈三角函数图像变化,交替出现减小增大反复趋势,并且净交换流的波动导致侧流道泵扬程曲线的波动。该研究可为进一步提高侧流道泵的水力性能提供理论依据。
- 张帆Martin Bohle裴吉袁寿其Annika Fleder
- 关键词：超低比转速轴向间隙
- 侧流道泵研究现状及发展趋势被引量：9
- 2015年
- 侧流道泵或侧通道泵(side channel pump)是一种介于容积式泵和离心泵之间的径向式叶片泵,由叶轮一侧有一个横截面为半圆形的侧流道而得名,通常具有超低比转数特性和自吸能力,其体积小,流量低,但是扬程却很高.与普通离心泵相比,侧流道泵作为一种新型泵,更适用于极端条件下气液两相流体和接近临界状态流体的输送.首先介绍了侧流道泵的组成和工作原理,简要阐述了流体在侧流道泵内的运动轨迹.同时,按照时间顺序分析了侧流道泵的研究情况,重点分析了近年来国内外关于侧流道泵的研究现状.最后根据前面所述的研究成果,展望了侧流道泵研究的发展趋势.认为优化设计可提高侧流道泵的性能,完善侧流道泵理论模型,利用先进的内部流动测试手段,例如PIV,LDA等,分析测量侧流道泵内部流动规律和旋涡演变机理,设计开发多功能侧流道泵是今后侧流道泵的研究重点.
- 张帆Martin Bhle裴吉袁寿其Annika Fleder
- 渣浆泵叶轮磨损的数值模拟及试验被引量：22
- 2014年
- 为研究渣浆泵运行过程中叶轮的磨损情况,该文以一台离心式工程塑料渣浆泵为研究对象,对其全流场进行了结构化网格划分,首先对包括设计工况点在内的5个工况进行了清水条件下的数值模拟,并与试验数据进行对比,发现最大误差不超过5%,设计工况点误差不超过3%,说明所用数值模拟方法得到的结果是可信的。随后基于ANSYS CFX商用软件中的Particle欧拉多相流模型,对模型泵内流场进行了固液两相数值模拟并进行了快速磨损试验,模拟与试验结果表明:叶轮磨损较严重的部位位于叶片进口边、流道中前段靠近叶片压力面的后盖板内侧、叶片压力面与后盖板交界处及叶片压力面端面;背叶片的磨损主要发生在叶片压力面外缘,并由此处开始往轮毂处发展,磨损形状大致呈抛物线型,分析认为隔舌处的高压引起流道中颗粒相回流撞击背叶片外缘是造成背叶片磨损的主要原因。通过模拟结果与试验结果的对比,证明所采用的数值模拟方法可以有效地预测渣浆泵运行时叶轮的磨损,其结果可较好地解释磨损产生的原因,该研究可为今后渣浆泵叶轮抗磨损性能的优化设计提供参考。
- 陶艺袁寿其张金凤张帆陶建平
- 关键词：叶轮渣浆泵固液两相流磨损
- T型通道微流控芯片中液滴生成的影响因素研究
- 2024年
- 高效、可控的微液滴生成技术在药物封装、病毒检测、材料筛选、细胞培养、微流控芯片等生化领域具有广泛的应用前景。而液滴生成频率、大小以及生成位置是试剂定量以及结构改进的重要参考因素。该文基于两相流理论,采用水平集方法追踪连续相与分散相流体界面,探讨了不同流速比情况下壁面接触角、通道宽度比以及主管长度比对的液滴生成频率、大小和生成位置等的影响。结果表明:主要捕捉到分层平行流、段塞流、滴状流和泡状流四种流型,其中滴状流型分布较广,是稳定生成液滴中出现最多的一种流型,只要流速比η足够大(η≥3.0),在不同毛细数下,均能生成。压力差是段塞流的主要生成因素,而滴状流和泡状流液滴主要是由黏性剪切力、压差和界面张力的共同作用形成;流速比越大,液滴生成频率越高,直径越小,生成位置越远;接触角越大则连续相流体与壁面粘滞力越大,从而提高了两相流界面的剪切力,加速了液滴脱落,液滴生成频率增加,同时,凝并时间缩短,也使得液滴直径减小。但是接触角对液滴生成频率和大小的影响有限,而对生成位置的影响较大,尤其在接触角θ_(w)≥160°后液滴生成位置曲线呈收敛趋势,因此更高的连续相与壁面间黏性有助于提高系统的可控性;在流速比不变的情况下,通道宽度比λ对液滴的生成有促进作用,液滴生成频率、大小和生成位置均随通道宽度比的增加呈递增趋势。λ=0.3-0.55区间是不同流速下均能生成液滴的稳定区间;主管长度比φ=15为液滴生成位置的临界点,此时液滴生成位置较稳定;总之,液滴生成位置受接触角、主管长度比和通道宽度比的影响较大,接触角、主管长度比越大,管内沿程阻力越大、压力幅值越高,则生成位置越提前。而通道宽度比越大,则流动越顺畅,促使液滴生成位置靠后,越来越远离交叉口
- 郭涛孙震张帆
- 关键词：微流控接触角多相流
- 带分流叶片低比转速无过载离心泵优化设计被引量：8
- 2013年
- 针对TS65-40-250离心泵易过载和出现驼峰等问题,采用无过载设计法并添置分流叶片,重新选取叶轮设计参数,设计3种优化方案。采用Pro/E和ICEM分别对3种方案进行三维造型和结构化网格划分,网格总数为150万。利用商业软件CFX12.1对优化方案进行数值模拟,边界条件设定为速度进口、压力出口和无滑移壁面。采用标准k-ε模型,预测了3种方案下的外特性,分析了不同设计方案下叶轮内的压力、流线、湍动能、速度分布。通过数值模拟,得出叶轮1的水力性能和内部流动状态均较好。利用快速成型法加工叶轮1并进行试验。试验结果表明,叶轮1扬程最高高出设计参数的15%,试验效率高于国家标准2%～6%,而且有很好的无过载性能。模拟结果和实验结果表明,采用无过载设计并添置分流叶片优化方法是可行的,这种设计方法可以为低比转速无过载离心泵优化设计提供参考。
- 张帆袁寿其付强胡博
- 关键词：离心泵低比转速无过载设计优化设计
- 基于径向基神经网络的叶轮轴面投影图优化被引量：6
- 2015年
- 为了提高余热排出泵的效率,采用拉丁超立方试验设计方法对叶轮轴面投影图上的前盖板圆弧半径、后盖板圆弧半径、前盖板倾角和后盖板倾角4个几何变量进行35组叶轮方案设计,应用ANSYS CFX 14.5软件对余热排出泵进行定常数值模拟,得到设计工况下的效率,应用径向基神经网络建立效率与轴面投影图的4个几何变量之间的近似模型,最后采用遗传算法对近似模型进行极值寻优,获得最优的轴面投影图几何参数组合。研究结果表明:对比原始泵的数值模拟性能曲线和试验外特性能曲线,两者吻合较好;径向基神经网络能较好地预测泵设计点效率;优化的轴面投影图使得余热排出泵的水力效率提高了6.18个百分点,改善了叶轮内流场特性。因此,叶轮轴面投影图的优化设计方法是可行的。
- 王文杰裴吉袁寿其张金凤许长征张帆
- 关键词：径向基神经网络遗传算法
- 双蜗壳式离心泵内部非定常流动压力特性分析被引量：16
- 2015年
- 为研究双蜗壳式离心泵内部流动特性,基于标准k-ε湍流模型和标准无滑移网格模型,应用CFX软件对其不同工况下的非定常流动进行三维数值模拟,得到了不同工况下双蜗壳式离心泵叶轮和蜗壳内部流道的压力脉动特性。计算结果表明,在小流量工况下,各监测点处的压力脉动都比较大且不均匀;在叶轮流道中,叶轮流道靠近出口边缘的压力脉动是叶轮流道其他区域压力脉动的5～8倍;在流量Q为34、110、148、160 m^3/h 4个工况下叶轮分别旋转30步（90°）和90步（270°）时,压力脉动出现最大值。双蜗壳内圈流道的压力脉动强于外圈流道的压力脉动且隔舌处出现压力脉动较大值,大流量工况下双蜗壳隔舌和出口产生一定回流导致蜗壳该处附近监测点压力脉动先减小后增大。从傅里叶变换得到频域特性可知,叶频及其倍频是压力脉动的主要频率,且呈衰减趋势。
- 张帆袁寿其付强洪锋陶艺
- 关键词：离心泵双蜗壳非定常流动压力脉动
- 离心式上充泵小流量工况转换瞬态流动特性被引量：1
- 2014年
- 为研究核电站离心式上充泵由上充工况向小流量工况转换运行过程中的瞬态流动特性,基于RANS方程和RNGk-ε湍流模型,采用商业软件CFX对其进行定常数值模拟,并通过试验验证了数值计算方法的正确性。在此基础上,继续对该瞬态过程进行数值计算,得到上充泵内部流动瞬态压力及速度的变化规律。结果表明:在由上充工况向小流量工况转变过渡过程中,叶轮、导叶、出口涡壳的流道内压力有不同程度的上升趋势;在瞬态转变过程中,随着流量的减小,上充泵内部漩涡范围增大,流动形式也愈来愈差,导致压力和速度波动幅值增大;由于动静干涉影响,叶轮与导叶交界面附近监测点的压力和速度波动程度高于其他监测点的波动程度,双蜗壳流道内圈的波动高于外圈的波动。
- 付强张帆袁寿其朱荣生陶艺
- 关键词：核电站变工况漩涡
- 陶瓷泵半开式叶轮前盖板流线对泵性能的影响被引量：1
- 2017年
- 为了研究陶瓷泵半开式叶轮前盖板流线对泵性能的影响,对叶轮前盖板流线与径向夹角分别为24°,22°,20°,18°,16°,14°,12°共7种方案进行数值计算,得到了各方案的外特性及内部流动情况.通过分析叶轮中液体沿流线从叶轮进口到叶轮出口的平均静压、平均总压及平均相对速度的变化规律,以及从叶轮前盖板流入泵腔间隙与从叶轮外缘所流出的液体流量大小,得到主要结论:随着叶轮前盖板流线与径向夹角减小到一定程度,泵扬程、效率都将随之下降,最高效率点往小流量方向偏移;在叶轮流道中段流入泵腔间隙的液体变多,导致从叶轮外缘流入蜗壳的高能液体变少,加上与在蜗壳内高压驱使下回流入叶轮流道的流体,在流道出口处混合产生的回流及二次流动,是导致泵扬程、效率下降的主要原因.为了验证数值计算的准确性,试制了最优方案3和最差方案7的叶轮,进行外特性试验,并将试验结果与模拟结果对比,发现试验结果与数值计算结果吻合,从而完成了优化设计,可为陶瓷泵半开式叶轮的设计提供一定的参考.
- 陶艺袁寿其刘建瑞张帆陶建平
- 关键词：陶瓷泵半开式叶轮数值模拟优化设计
