A Thermodynamic Cavitation Model for Cavitating Flow Simulation in a Wide Range of Water Temperatures

A thermodynamic cavitation model is developed to simulate the cavitating water flow in a wide temperature range. The thermal effect on bubble growth during cavitation is introduced in the developed model by considering both pressure difference and heat transfer between the vapor and liquid phase. The cavitating turbulent flow over a NACA0015 hydrofoil has been simulated at various temperatures from room temperature to 150°C by using the present cavitation model, which has been validated by the experimental data. It is seen that the thermodynamic effects of cavitation, vapor depression and temperature depression are much more predominant in high temperature water compared with those in room temperature water. These results indicate that the proposed thermodynamic cavitation model is reasonably applicable to the cavitating water flow in a wide temperature range.     

叶片倾斜对微型泵水力性能的影响

微型泵由于尺寸小,通常存在效率偏低的问题。该文针对常用于微型泵的半开式叶轮,探讨叶片倾斜对微型泵性能的影响。在实验中使用了两个外径36mm、具有相同叶片翼型的半开式离心叶轮,在转速11000r.min-1(对应Re=3.72×105)下测试了叶轮的水力性能。对两个叶轮都进行了数值模拟。与实验结果相比,数值计算结果很好地预测了最优效率点附近的泵性能。结果表明:微型叶轮的叶片朝压力面方向倾斜适当的角度可以提高微型泵的水力性能;叶片倾斜抑制了压力面附近的二次流动,有助于改善微型泵的水力性能。     

资水支流夫夷水的水能资源利用分析

基于"健康和谐"水能资源开发利用理念,综合考虑水能资源的河流开发服务功能、健康河流生态补偿功能,以及和谐社会经济功能3种属性,提出了一套包含24项评价指标的水能资源开发利用评价指标体系。依据该评价指标体系,设计了水能资源开发与水电站管理的分析流程。运用该流程可以确定一个流域或地区的水能资源利用评价等级。将该评价指标体系应用于资水支流夫夷水流域水能资源利用规划的综合评价,得出了各水电站水能资源开发与运行的排序方案。该结果可以为夫夷水流域未来的水能资源利用提供有益的技术参考。     

空化水动力学非定常特性研究进展及展望

空化作为一种重要的复杂水动力学现象,具有明显的三维流动特征与剧烈的非定常特性,在水力机械、船舶推进器、水利工程中广泛存在,且通常会带来不利的影响,长期以来一直是水动力学领域研究的重点与难点课题之一.本文首先从实验测量和数值模拟两个角度,综述了空化水动力学非定常特性研究的发展概况, 分析了当前存在的问题.在空化实验研究中,主要介绍了空化水洞、空化流场测量以及多物理场同步测量等方面所取得的进展.在数值模拟方法中, 对目前的空化模型和湍流模型进行了分类介绍,并重点讨论了大涡模拟、验证和确认等在空化流模拟中的应用.之后以附着型空化为主, 同时兼顾云状空泡、空蚀、涡空化等,梳理了其研究中存在的几个关键科学问题,包括空化演变、空化流动的三维结构、失稳机制、空化不稳定性及其与低频压力脉动的联系、空化与旋涡的相互作用、空化与弹性水翼的流固耦合、空化对尾流场影响等.最后展望了空化水动力学的研究方向和未来发展趋势.      

不同叶轮结构的离心泵水力性能试验

本文通过试验分别测量了在同一转速的径向叶轮和弯曲叶轮式离心泵在输送水和碘化钠混合溶液介质时的水力性能,以及在不同转速下弯曲叶轮泵的外特性。结果表明,在试验测试范围内,同一流量下,弯曲叶轮泵的性能比相同轴面流道的径向叶轮好。对于输送不同溶液的性能差异现象,径向叶片叶轮泵表现得更明显。文中所研究的超小型泵,在不同转速运行时,机械磨损对泵的影响不相同。     

Cavitation Simulation with Consideration of the Viscous Effect at Large Liquid Temperature Variation

The phase change due to cavitation is not only driven by the pressure difference between the local pressure and vapor saturated pressure, but also affected by the physical property changes in the case of large liquid temperature variation. The present work simulates cavitation with consideration of the viscous effect as well as the local variation of vapor saturated pressure, density, etc. A new cavitation model is developed based on the bubble dynamics, and is applied to analyze the eavitating flow around an NACA0015 hydrofoil at different liquid temperatures from 25℃ to 150℃. The results by the proposed model, such as the pressure distribution along the hydrofoil wall surface, vapor volume fraction, and source term of the mass transfer rate due to cavitation, are compared with the available experimental data and the numerical results by an existing thermodynamic model. It is noted that the numerical results by the proposed cavitation model have a slight discrepancy from the experimental results at room temperature, and the accuracy is better than the existing thermodynamic cavitation model. Thus the proposed cavitation model is acceptable for the simulation of cavitating flows at different liquid temperatures.     

清华大学能源与动力工程系人工心脏研究进展

离心式血泵作为最新一代人工心脏,为心血管疾病患者提供了有效的生命支持系统,挽救了数以百万计的心脏病患者的生命。该文对清华大学能源与动力工程系(简称能动系)团队在人工心脏领域的研发进展进行了详细介绍,包括：提出了以最大标量剪切应力(maximum scalar shear stress, MSSS)代替标准溶血指数作为优化指标的优化方法,减少了计算量,提升了优化效率;提出了基于湍流黏性耗散应力(turbulent viscous shear stress, TVSS)的血细胞损伤模型,以便更为准确地预测血细胞的损伤等。在人工心脏样机方面,顺利完成了体外式轴承和植入式磁液混合悬浮两种样机的研制,并获得了相应水力性能数据,实验数据与计算结果吻合较好,误差为3.6%。为了进一步推进样机研发,本研究团队搭建了医用流体机械综合测试平台,可用于测试人工心脏的生理性能。上述研究成果体现了清华大学能动系在人工心脏自主研发技术上取得的重要进展。     

草金鱼C型起动流场的PIV测量

鱼类的C型快速起动常常用于逃脱危险的过程中,是鱼类最重要的机动能力之一。本文利用二维粒子图像测速(Particle Image Velocity,PIV)技术对草金鱼C型起动过程中的鱼体周围流场进行了测量和分析。结果表明,在第三阶段为减速静止的情况下,第二阶段的加速过程很短,而第一阶段的加速更为明显,第一阶段与第二阶段的时长比为1:5.25;草金鱼的C型起动过程主要依赖附加质量效应产生推力。C型起动的尾迹流场具有逆卡门涡街的特征,较大的身体弯曲度使得鱼在舒展摆尾的过程中连续产生了方向相同的两个涡,而且涡在脱离鱼体后由于受到鱼后续行为和高速射流区的影响,其强度经历了先增大再降低的过程。     

考虑热力学效应的高温水空化模拟

在汽液质量传输方程的基础上,考虑局部汽/液相含量、局部压力与饱和蒸汽压之差及空化的热力学效应,提出了一种可应用于高温水空化流计算的空化模型。为了评价该模型的适用性,以NACA66(MOD)翼型为对象,采用局部均匀平衡流方法分别计算了水温为293 K和373 K时的物面负压系数,并与实验和Singhal的全空化模型的计算结果进行了比较。研究表明:在水温为293 K时,改进的空化模型与全空化模型的计算结果均与试验吻合较好;在水温为373 K时,虽然两种空化模型的结果均显示空化的发展受到了抑制,但该文提出的空化模型能明显地反映出翼型表面空泡区的温度变化(即热力学效应)。该文提出的空化模型更适合模拟高温水的空化流。     

超小型泵中前盖板对传统叶轮水力性能的影响

为提高超小型泵性能和实用性,研究了其中前盖板对叶轮水力性能的影响。基于传统方法设计了两种超小型泵叶轮,其中一个为闭式,另一个为半开式。在转速3 000~10 000 r.m i-n 1的范围内进行实验,测定了超小型泵的水力性能。对半开式叶轮,在0.2~0.8 mm间调整叶尖和前泵盖之间的轴向间隙,以考察其对泵水力性能的影响。试验结果表明:两种超小型泵的效率(闭式叶轮:51%,半开式叶轮:47%)均高于以往统计的泵效率值;由于机械密封等外部损失所占比重大,泵效率随雷诺数减小而降低,而内部效率则接近一个定值;随轴向间隙扩大,超小型泵的扬程系数、功率系数和效率都逐渐降低。