泵内气液瞬态流演变机理及其控制策略研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    51779226
  • 项目类别：
    面上项目
  • 资助金额：
    60.0万
  • 负责人：
    牟介刚
  • 依托单位：
    中国计量大学
  • 学科分类：
    E0904.水力机械及系统
  • 结题年份：
    2021
  • 批准年份：
    2017
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2018-01-01 至2021-12-31

项目摘要

The critical path to understand the gas-liquid mixing mechanism and optimize the self-priming capability and hydraulic performance of a self-priming pump is to investigate the evolution mechanism of gas-liquid transient flow and its control strategy. The gas-liquid mixed flow and its optimization control methods are the starting point of this project. The theoretical, numerical and experimental methods are used to understand the transient flow both in numerically and visualization. Also the imaging processing technologies are used to investigate the temporal and spatial characteristics of gas-liquid transient flow in self-priming pump. The evolution progress of gas volume fraction and bubble size in different areas of self-priming pump is revealed. Furthermore, the self-priming capability and hydraulic performance of self-priming pump models with different geometrical variants are investigated using the numerical and experimental methods. The influence of geometrical variants and inducers on the self-priming capability and hydraulic performance is revealed. The optimal objective functions are setup based on Kriging model and the NSGA II algorithm is used to search the optimal solution. The multi-objective optimizing control methods based on Kriging/NSGA II model are generated for optimizing the two-phase flow in self-priming pump. The outcomes of project provide a new explanatory on evolution mechanism of gas-liquid transient flow and its control strategy in the self-priming pump and enrich the fundamental theory of multi-objective optimization design method for self-priming pump. Finally, it can provide a theoretical support for optimizing the self-priming capability and hydraulic performance of self-priming pump.
泵内气液瞬态流演变机理及其控制策略的研究是掌握自吸泵自吸机理和改善自吸泵自吸性能和水力性能的关键途径。本项目以自吸泵气液混合流动及其优化控制策略为出发点，运用理论、数值与实验方法，对气液瞬态流结构进行数值及可视化研究，利用图像处理技术揭示空泡流的时空特征，定量探索不同区域内含气率及气泡尺寸的演化规律。采用数值和实验手段对不同几何参数方案下的自吸泵模型的自吸性能和水力性能进行研究，揭示水力几何参数及诱导轮对自吸性能和水力性能的定量影响关系。基于Kriging模型建立自吸泵设计指标的目标函数，采用NSGA II算法对目标函数进行最优化求解，建立基于Kriging/NSGA II模型的自吸泵多目标优化控制方法。项目研究成果将对自吸泵气液瞬态流的演变机理及其控制策略作出新的诠释，丰富自吸泵优化设计理论，为自吸泵的自吸性能及水力性能优化提供理论支撑。

结项摘要

自吸泵的自吸过程是复杂的高气相含量下的气液混合过程，当前泵内气相排出过程及机理未能得到完整揭示，在产品设计研发过程中仍采用半经验半理论方法。本项目以自吸泵为研究对象，结合数值模拟、可视化实验和计算机视觉等方法，研究了泵自吸过程中的气液混合过程和气液两相流分布时空演变规律，揭示自吸泵气液瞬态流的时空演变机理，完善了自吸泵性能影响关键因素及控制方法。结果表明：整个自吸过程中叶轮和蜗壳内的气相含量先上升后下降，出水管内的气相含量先下降后上升最后在自吸末期下降。随着自吸过程的发展，泵内的气泡数量呈现先快速上升，然后趋于稳定的规律，且与叶轮转速上升规律具有一致性。蜗壳扩散段的气泡直径主要在0.2-0.6mm左右，随着直径的上升数量呈现线性递减的规律，而泵体内回流气泡直径以0.4-0.5mm为波峰呈现正态分布。当储液量无法完全充满叶轮时，会导致自吸性能的显著下降；叶轮叶片数增加，使得泵内气液两相混合更充分，提高了排气效率，改善自吸性能，转速的上升会使得泵内含气量上升。此外，针对自吸泵通常用于输送含颗粒过流介质，研究了泵在输送固液两相流情况下的磨蚀特性，揭示了颗粒参数对过流部件的冲蚀特性以及泵性能的影响规律。提出了一种叶片自寻优设计方法，建立了叶片平均环量分布函数，实现了对离心叶轮优化设计。本项目的研究成果完善了自吸泵的气液瞬态流演变机理，为自吸泵产品设计提供可靠的理论支撑，有利于提高自吸泵自吸性能和运行可靠性。

项目成果

期刊论文数量（29）
专著数量（2）
科研奖励数量（10）
会议论文数量（0）
专利数量（28）
Research Progress on the Collaborative Drag Reduction Effect of Polymers and Surfactants
聚合物与表面活性剂协同减阻效应研究进展
  • DOI：
    10.3390/ma13020444
  • 发表时间：
    2020-01-02
  • 期刊：
    MATERIALS
  • 影响因子：
    3.4
  • 作者：
    Gu, Yunqing;Yu, Songwei;Zheng, Shuihua
  • 通讯作者：
    Zheng, Shuihua
长短交错叶片对离心泵空蚀特性的影响
  • DOI：
    10.11990/jheu.201711015
  • 发表时间：
    2019
  • 期刊：
    哈尔滨工程大学学报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    牟介刚;施郑赞;谷云庆;王浩帅
  • 通讯作者：
    王浩帅
A numerical investigation on the characteristics of the radial force in a cycloid gerotor pump
摆线摆线齿轮泵径向力特性的数值研究
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2020
  • 期刊：
    Fluid Dynamics & Materials Processing
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    Yu Lingzhi;Gu Yunqing;Mou Jiegang;Wu Denghao;Chen Zhenfu;Ren Yun
  • 通讯作者：
    Ren Yun
Experimental study of drag reduction characteristicson multi-factor coupling of bionic jet surface
仿生射流表面多因素耦合减阻特性实验研究
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2019
  • 期刊：
    Journal of Hydrodynamics
  • 影响因子：
    2.5
  • 作者：
    Gu Yunqing;Yu Songwei;Mou Jiegang;Fan Tianxing;Zheng Shuihua;Zhao Gang
  • 通讯作者：
    Zhao Gang
Effect of Reflux Hole on the Transient Flow Characteristics of the Self-Priming Sewage Centrifugal Pump
回流孔对自吸污水离心泵瞬态流动特性的影响
  • DOI：
    10.29252/jafm.12.03.29207
  • 发表时间：
    2019
  • 期刊：
    Journal of Applied Fluid Mechanics
  • 影响因子：
    1
  • 作者：
    Zhou P;Wu Z;Mou J;Wu D;Zheng S;Gu Y
  • 通讯作者：
    Gu Y

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其他文献

射流表面射流孔菱形排布减阻特性实验分析
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2015
  • 期刊：
    华中科技大学学报(自然科学版)科技大学
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    谷云庆;牟介刚;郑水华;赵刚
  • 通讯作者：
    赵刚
污水自吸泵固体颗粒的流动及分布规律研究
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2018
  • 期刊：
    水力发电学报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    牟介刚;王浩帅;吴登昊;任芸;施郑赞;简捷;赵李盼
  • 通讯作者：
    赵李盼
考虑旋转和曲率的湍流模型修正及应用
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2016
  • 期刊：
    西安交通大学学报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    任芸;吴登昊;牟介刚;李晓俊
  • 通讯作者：
    李晓俊
自吸离心泵蜗壳内瞬态流动特性
  • DOI：
    10.16183/j.cnki.jsjtu.2018.04.011
  • 发表时间：
    2018
  • 期刊：
    上海交通大学学报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    牟介刚;吴振兴;周佩剑;谷云庆;吴登昊;任芸
  • 通讯作者：
    任芸
单、双隔舌对离心泵径向力特性及内部流场的影响
  • DOI：
    10.13465/j.cnki.jvs.2016.11.018
  • 发表时间：
    2016
  • 期刊：
    振动与冲击
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    牟介刚;刘剑;谷云庆;代东顺;郑水华;马艺
  • 通讯作者：
    马艺

其他文献

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课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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