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题名叶片表面仿生微结构对离心泵减阻性能的影响
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作者
李沁阳
胡亚辉
陈坚
姜浩
宁图增
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机构
天津理工大学海运学院
天津市先进机电系统设计与智能控制重点实验室
天津市瑞克来电气股份有限公司
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出处
《机电工程》
北大核心
2025年第4期789-797,共9页
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基金
天津市自然科学基金资助项目(23JCYBJC00620)
天津市企业重点实验室基金资助项目(SY-04-202401)。
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文摘
在离心泵叶片表面布置仿生微结构,会对离心泵涡结构及其减阻性能产生影响。针对这一问题,以XBD8.0—15G型离心泵作为研究对象,对鲨鱼皮肤表面的复杂结构进行了分析,设计了一种具有减阻效应的微结构,并将其布置在离心泵叶片表面,通过数值模拟的方法,对离心泵的内流特性进行了分析,探究了叶片表面仿生微结构对涡结构的改变以及减阻性能的影响。首先,利用计算流体动力学(CFD)仿真软件对模型进行了数值模拟;然后,构建了以Q准则为基础的涡结构识别方法,观察了微结构处涡结构的演变;最后,对模型进行了后处理,计算得到了壁面剪切应力、减阻率以及效率变化率,并研究了微结构对离心泵内部流动的影响情况。研究结果表明:在标准工况下,Q值均大于0,采用微结构将导致原本低强度、大尺度的涡结构被破坏,形成尺度较小、数量较多的高强度涡结构,且仿生微结构导致壁面剪切应力降低了30 Pa~170 Pa;在0.8Q_d条件下,较光滑叶片相比,仿生微结构叶片离心泵的减阻率为3.71%,效率变化率提升了1.45%,并在1.2Q_d时,二者均达到最大值,分别为4.54%和1.69%。叶片表面仿生微结构可以大幅提升离心泵的减阻性能,提高其能效。
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关键词
叶片式泵
计算流体动力学
离心泵涡结构
Q准则
叶片壁面剪切应力
减阻效果
内流场特性
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Keywords
vane pump
computational fluid dynamics(CFD)
vortex structures of centrifugal pump
Q-criterion
shear stress of blade wall
drag reduction effect
internal flow field characteristics
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分类号
TH311
[机械工程—机械制造及自动化]
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