离心叶轮内三维湍流流场的实验研究--《工程热物理学报》1999年05期
离心叶轮内三维湍流流场的实验研究
【摘要】：利用多普勒激光测速仪对闭式后弯离心叶轮内三维湍流流场进行了实验研究。叶轮在带有无叶扩压器的通风机内运行。对整个流道内各流面的测点进行了详细的数据采集和统计．由得到的测量结果，分析了叶轮内回转面、径向面上主流速度的分布及发展趋势，气流角由叶轮进口向出口、由压力侧向吸力侧的变化规律、以及叶轮出口处二次旋涡流动等流动特性。
【作者单位】：
【关键词】：
【基金】：
【分类号】：O357.5【正文快照】：
1前言叶轮机械是广泛应用于冶金、石油、化工以及动力等众多工业部门耗能量较大的重要动力运行装置，其运行的可靠性、经济性直接影响到国民经济的效益和发展。同时，由于叶轮通道的几何形状复杂、旋转叶轮与静止轮盖之间间隙及旋转离心力的存在，流体受分离、二次流和尾迹流
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京公网安备75号低压轴流风扇周向弯曲动叶内部流动特征的实验和数值研究--《上海交通大学》2007年博士论文
低压轴流风扇周向弯曲动叶内部流动特征的实验和数值研究
【摘要】：在叶轮机械研究领域中应用弯掠叶片技术具有提高气动效率、减小流动损失、拓宽叶轮的稳定运行工况范围和降低气动噪声等显著优点,目前已逐渐成为叶轮机械研究领域的热点。
本文以低压轴流风扇周向弯曲旋转动叶片为研究对象,采用遗传算法和人工神经网络相结合的组合优化方法,对周向弯曲动叶的弯曲方向和弯曲角度进行了优化设计。并进一步通过实验与数值模拟等研究手段,分别探讨了周向弯曲方向和周向前弯角度大小对低压轴流风机气动和声学性能的影响及其内部流动机理。此外,采用PIV激光流场测试手段在国内首次系统研究了弯掠叶片周向弯曲方向和弯角大小对于旋转动叶叶顶泄漏涡的影响规律。
本文主要研究内容和研究成果如下:
1、论文以T35型低压轴流风扇叶片为设计原型,采用遗传算法和人工神经网络相结合的组合优化方法,对周向弯曲动叶的弯曲方向和弯曲角度进行了优化设计。设计得到的周向前弯角度为6.1o的优化叶轮各项气动和声学性能指标均明显优于原型叶轮,同时有效解决了常规弯掠叶片设计中周向前弯叶片压升降低的缺陷。与原型叶轮相比,优化后的叶轮全压系数提高3.56%,气动效率提高1.27%,稳定工作范围增加36.4%,同时比A声压级降低了6dB(A)。
2、对具有相同弯角大小而周向弯曲方向相反的周向前弯和周向后弯叶轮进行了气动-声学性能的对比研究。实验结果证实,周向前弯8.3o叶轮的气动效率和全压较周向后弯8.3o叶轮分别提高了1.36%和4.24%,同时气动噪声降低了4dB(A)。周向前弯叶轮的总体性能明显优于后弯。但是与常规径向叶片相比,8.3o弯角下叶轮的气动效率和压升均有所降低。通过在出口采用五孔探针测量气动特性参数沿叶高的分布,发现周向前弯叶片的主要流动集中于叶片中部叶高,在改善叶顶流动状况的同时增加了中部流动损失,这也是造成周向前弯8.3o叶轮气动效率和压升降低的主要原因。
3、国内首次对具有不同弯角大小(1.27o、6.1o、8.3o、12o)的周向前弯动叶轮进行了对比测试。实验结果显示,弯角的大小对于轴流风扇的气动和声学特性参数均有显著的影响。随着前弯角度由0o增加到12o,性能指标存在“先增后减”的变化规律。过大的前弯角度增加了叶片中部的气动损失,抵消了叶片前弯以后对叶顶流动的改善,并造成总体损失增加和效率的降低。前弯角度的优化结果证实最佳的弯角主要取决于动叶前弯后上半叶高损失的减小与叶片中部损失增加之间的平衡。实验结果证实本文的优化方法是有效的。
4、利用粒子图像测速仪PIV系统对不同周向弯曲方向和弯角大小的叶轮叶顶区域流场进行了对比实验研究。采用基于锁相平均技术的叶顶泄漏涡涡心轨迹分析方法研究了叶顶泄漏涡的运动轨迹及其涡量分布。实验表明,叶片周向后弯导致叶顶泄漏涡起始位置向叶片前缘移动,在该位置泄漏涡强度明显大于前弯叶片。对于周向前弯叶片,随着叶片周向前弯角度的增加,叶顶泄漏涡的起始位置逐渐向叶片后缘移动,叶顶泄漏流动造成的叶顶区域流动堵塞越发严重,旋涡稳定性呈现“先增强后减弱”的发展规律。
5、利用NUMECA-Fine/Turbo软件计算平台,对本文所研究的五个叶轮内部三维定常流场进行了数值模拟研究。获得了不同径向位置叶片表面、流道内、叶轮出口截面的气动参数分布。通过与实验结果对比,验证了计算结果的准确性。并以此为前提,更加深入地分析了不同周向弯曲方向、不同周向前弯角度对轴流风扇出口流场和叶顶泄漏流动的影响。
6、根据计及叶片径向力的完全径向平衡方程,结合本文的实验和数值分析结果,探讨了周向弯曲旋转叶片利用叶片径向力的大小和方向控制流道内部压力沿叶高的分布,减小通道二次流和附面层在叶顶的堆积机理,及其对于总体气动-声学性能的影响。
通过对低压轴流风扇叶片设计中引入周向前弯优化设计方法,以及对周向弯曲动叶片内部流动特征的实验和数值研究,进一步丰富了轴流风扇叶片设计技术,更加全面和深入地认识了周向弯曲叶片的弯曲方向和弯角大小等关键参数对风扇性能和流场的影响,对提高叶轮机械的研制水平具有重要的意义。
【关键词】：
【学位授予单位】：上海交通大学【学位级别】：博士【学位授予年份】：2007【分类号】：TH42【目录】：
摘要5-7ABSTRACT7-10主要符号说明10-15第一章 绪论15-29 1.1 课题意义和研究现状15-26
1.1.1 课题意义15
1.1.2 弯掠动叶研究现状15-20
1.1.3 动叶叶顶间隙流动研究现状20-24
1.1.4 叶轮机械优化设计的研究现状24-26 1.2 本文研究目的和工作内容26-29第二章 周向弯曲叶片的优化设计29-48 2.1 弯掠叶片设计背景29-32
2.1.1 轴流风扇弯掠动叶片定义29-31
2.1.2 周向弯曲叶片设计背景31-32 2.2 周向弯曲叶片的优化32-45
2.2.1 优化算法的基本原理32-36
2.2.2 周向弯曲叶片的优化过程36-44
2.2.3 周向弯曲叶片的优化结果44-45 2.3 叶片设计参数和几何特征45-46 2.4 本章小结46-48第三章 实验装置和测量技术48-60 3.1 实验装置48-50 3.2 五孔探针测量技术50-55
3.2.1 五孔探针工作原理及其校准过程50-53
3.2.2 五孔探针测量方法及其数据处理53-55 3.3 PIV 测量技术55-58
3.3.1 PIV 测速系统原理55
3.3.2 PIV 实验设备55-57
3.3.3 PIV 实验步骤57-58 3.4 本章小结58-60第四章 不同周向弯曲叶片气动性能和出口流场试验研究及其比较60-85 4.1 性能测量的不确定度评估60-66
4.1.1 不确定度评估的意义及分类60-61
4.1.2 不确定度评估的步骤61-63
4.1.3 叶轮气动性能试验测量的不确定度评估63-65
4.1.4 叶轮声学性能试验测量的不确定度评估65-66 4.2 叶片的周向弯曲方向对性能的影响66-75
4.2.1 总体气动性能试验结果分析66-67
4.2.2 气动声学性能试验结果分析67-69
4.2.3 出口流场试验结果分析69-75 4.3 叶片的周向前弯角度对性能的影响75-83
4.3.1 总体气动性能试验结果分析75-77
4.3.2 气动声学性能试验结果分析77-78
4.3.3 出口流场试验结果分析78-83 4.4 本章小结83-85第五章 不同周向弯曲叶片内部流动的数值研究及其比较85-117 5.1 计算方法86-89
5.1.1 控制方程86-87
5.1.2 湍流模型87-88
5.1.3 控制方程的离散化88-89 5.2 叶轮流场的数值模拟89-98
5.2.1 计算网格划分90-95
5.2.2 计算条件设置95-97
5.2.3 数值迭代结果97-98 5.3 计算结果分析98-115
5.3.1 计算与实验结果比较98-99
5.3.2 不同周向弯曲方向叶片内部流动分析99-108
5.3.3 不同周向前弯叶片内部流动分析108-115 5.4 本章小结115-117第六章 周向弯曲叶片叶顶泄漏流动 PIV 实验研究与数值分析117-144 6.1 叶顶泄漏流场实验测量117-125
6.1.1 实验测量位置布置118-119
6.1.2 实验数据处理方法119-120
6.1.3 叶顶泄漏涡涡心位置的不确定度评估120-125 6.2 叶片的周向弯曲方向对叶顶区域流动的影响125-136
6.2.1 叶顶泄漏流动特性的实验结果分析126-130
6.2.2 叶顶流场的数值分析130-136 6.3 不同周向前弯叶片对叶顶流场的影响136-143
6.3.1 叶顶泄漏流动特性的实验结果分析136-139
6.3.2 叶顶流场的数值分析139-143 6.4 本章小结143-144第七章 周向弯曲叶片内部流动特征及对气动性能影响的机理分析144-154 7.1 轴流风扇内部流动分析144-146 7.2 周向弯曲叶片对二次流动的控制146-149 7.3 周向弯曲叶片对风扇总体性能的影响149-151 7.4 周向弯曲叶片对叶顶间隙流场的影响151-152
7.4.1 叶顶间隙流场对风扇总体气动性能的影响151
7.4.2 周向弯曲叶片对叶顶间隙流动的作用151-152 7.5 本章小结152-154第八章 总结与展望154-157 8.1 研究工作总结154-155 8.2 本文工作创新155-156 8.3 研究展望156-157参考文献157-171致谢171-172攻读学位期间主要研究成果172-173
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京公网安备75号叶酸靶向纳米复合物的制备及体内外MR成像实验研究--《苏州大学》2011年硕士论文
叶酸靶向纳米复合物的制备及体内外MR成像实验研究
【摘要】：目的探讨叶酸靶向超顺磁性氧化铁-多巴胺-叶酸(superparamagnetic iron oxide-dopamine-folate,NP-DPA-FA)纳米复合物对叶酸受体(FR)阳性肝癌细胞的靶向性及利用MRI对其进行监测的可行性。方法①制备NP-DPA-FA纳米复合物。②对Bel 7402细胞进行普鲁士蓝染色及体外竞争抑制试验。③将NP-DPA-FA复合物与Bel 7402人肝癌细胞及HL 7702正常人肝细胞孵育2h后,进行普鲁士蓝染色及体外MR成像,观察其T2WI信号强度变化并计算信号强度变化率。结果普鲁士蓝染色显示Bel 7402细胞内可见大量铁颗粒沉积,HL 7702细胞内铁颗粒沉积少见。Bel 7402细胞抑制竞争试验显示细胞内铁颗粒极少。铁浓度不同的NP-DPA-FA复合物分别与Bel 7402细胞及HL 7702细胞孵育后,MRI显示Bel 7402细胞的信号强度随NP-DPA-FA复合物的铁浓度升高而明显减低,HL 7702细胞信号强度减低相对不明显。两种细胞信号变化率分别为-22.98%、-40.01 %、-68.85%、-91.36%、-96.18%与-4.40%、-5.51%、-17.06%、-33.54%、-39.63%。结论叶酸介导的磁性纳米颗粒复合物对Bel 7402人肝癌细胞具有靶向性,应用MRI可对其进行监测。
目的研究叶酸受体介导的靶向对比剂四氧化三铁-多巴胺-葡聚糖-叶酸(SPIO-DPA-Dextran-FA)对叶酸受体阳性的肿瘤MR成像规律,探讨该对比剂MR靶向诊断荷人肝癌裸鼠模型的可行性。方法①氯化铁和油酸钠回流合成油酸铁。②油胺作为还原剂,油酸钠作为表面活性剂,在适宜的条件下油酸铁混合物热分解成磁性氧化铁纳米粒子,连接上叶酸得到肿瘤靶向对比剂SPIO-DPA-Dextran-FA。③将5-6周龄无特定病原体(SPF)级BALB/C裸小鼠皮下接种人肝癌细胞作为动物模型;将12只人肝癌裸小鼠模型采用完全随机法分成实验组(n=6)与对照组(n=6),前者经尾静脉注射靶向SPIO-DPA-Dextran-FA对比剂0.2 ml,后者经尾静脉注射相同剂量的非靶向对比剂四氧化三铁-多巴胺-葡聚糖(SPIO-DPA-Dextran),注射后扫描时间点选择为0.5h、1h、2h、4h、8h、12h、18h、24h。测量各时间点瘤体及肌肉信号强度值,并计算各时间点的信噪比。结果①电镜下,合成的纳米复合物形态均一,分散性较好,直径约14nm。②实验组和对照组瘤体的信号测定值具有统计学意义(F=146.09,P0.01),实验组和对照组肌肉的信号测定值无统计学意义(F=3.15, P0.05)。实验组和对照组的CNR计算值具有统计学意义(F=351.39,P0.01)。实验组瘤体强化峰值出现在18-24h时间点,对照组瘤体强化峰值出现在0.5-2h时间点。结论SPIO-DPA-Dextran-FA对比剂对荷人肝癌裸鼠模型具有一定的靶向性。利用MR可进行监测,有效地实现MR靶向诊断。
【关键词】：
【学位授予单位】：苏州大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2011【分类号】：R735.7【目录】：
中文摘要4-6Abstract6-9前言9-11第一部分 叶酸靶向超顺磁性氧化铁-多巴胺-叶酸纳米复合物的体外MR成像实验研究11-20 1 材料与方法11-12 2 结果12-16 3 讨论16-18 小结18 参考文献18-20第二部分 叶酸靶向对比剂的制备及其对荷人肝癌裸鼠的MR 成像研究20-34 1 材料与方法20-22 2 结果22-29 3 讨论29-32 小结32 参考文献32-34结论34-35附图35-41综述41-50 参考文献47-50英文缩略词表50-51攻读硕士学位期间公开发表的论文51-52致谢52-53
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