1. 不同空蚀能量表征因子对空蚀预测的影响研究
空化空蚀一直是影响水力机械多工况高效运行，造成振动、噪声的直接因素。如何在水力机械的设计阶段对易空蚀区域进行准确预测已成为水力机械领域急需解决的共性关键问题。本研究基于时间导数和质点导数构建了6 个不同的空蚀能量表征因子，并通过比较实验结果发现，以气相体积分数的质点导数主导的表征因子能够更准确的反映空蚀所存在的区域。这一研究成果有助于空蚀数值预测的工程化进展，为空蚀防护提供了模型基础。
Linlin Geng, Desheng Zhang*, Jian Chen, Oscar De La Torre, Xavier Escaler. Prediction of cavitation erosion with different erosion risk indicators[J]. Ocean Engineering, 2022, 247: 110633.
2. 熵产理论在泵及透平能量损失分析中的应用
泵及透平内部能量损失分析方法是旋转机械领域关键科学问题之一，熵产理论是近年来最为广泛应用的手段之一。流体机械工程技术研究中心与美国圣路易斯华盛顿大学、波兰科学院流体机械所合作，系统归纳总结了熵产理论在泵及透平领域的应用现状。同时，面向深海油气开采重大需求，以揭示电潜泵内部流动规律、提升气液混输性能为目标，通过理论分析、数值仿真、试验测量为手段，基于熵产理论与涡核分布开展了流场分析，揭示了压力脉动、气相分布的级间差异，提出了调控级间压力脉动、改善水力性能的设计新思路，为高效、高扬程、高可靠电潜泵开发奠定了坚实的理论基础。
图：气液两相流工况下电潜泵内部涡核及其表面熵产分布
Zhou Ling, Hang Jianwei, Bai Ling*, Krzemianowski Zbigniew, El-Emam Mahmoud, Yasser Eman, Agarwal Ramesh. Application of entropy production theory for energy losses and other investigation in pumps and turbines: a review. Applied Energy, 2022, 318, 119211.
3. 轴流泵叶顶泄漏涡瞬态结构及非定常动力学特性
轴流泵是船舶喷水推进、潜艇发射的核心动力装置，叶顶处存在叶顶泄漏涡及其诱导复杂空化结构堵塞流道，降低叶片载荷，诱导流动失稳。本文通过大涡模拟和模型试验揭示了叶顶泄漏涡瞬态演化特征及其影响因素，系统地分析了叶顶压力差与泄漏流之间的相关性，阐明了叶顶泄漏涡及诱导空化周期性发展机理，并基于旋转坐标系进行了叶顶区涡动力学分析，明确了涡拉伸项、涡扩张项、科氏力项和斜压扭矩项对叶顶涡生成与发展的贡献。
图：喷水推进轴流泵叶顶泄漏涡及流道内复杂空化
Xi Shen, Xutao Zhao, Bin Xu, Desheng Zhang*, Gang Yang, Weidong Shi, B.P.M. (Bart) van Esch. Unsteady characteristics of tip leakage vortex structure and dynamics in an axial flow pump, Ocean Engineering, 2022; 266(3): 112850.
4. 基于全耦合数值模型的垂直管内粗颗粒水力输运机制的数值研究
流体中心张德胜研究员团队在国际多相流领域顶级期刊《International Journal of Multiphase Flow》发表题为“Numerical investigation of the hydraulic transport of coarse particles in a vertical pipe based on a fully-coupled numerical model”的研究论文。赵睿杰教授为论文第一作者，该论文针对传统固液两相流计算模型忽略了颗粒-湍流作用力的缺陷，开发了CFD和DEM耦合接口，植入了更适合固-液两相流模拟的Loth升力模型，揭示了流体与颗粒交互作用机制，准确分析了不同固液耦合机制及工况对颗粒分布、各相轴向速度和流体均方根速度的影响，为长距离粗颗粒混输系统优化设计奠定了理论基础。
图：不同颗粒粒径下叶轮磨损形貌
Ruijie Zhao, You Zhou, Desheng Zhang*, Xiongfa Gao. Numerical investigation of the hydraulic transport of coarse particles in a vertical pipe based on a fully-coupled numerical model[J]. International Journal of Multiphase Flow, 2022: 104094.
5. 方形圆柱后柔性分流板流致振动的非线性涡动力学分析
许彬副研究员在国际权威期刊《Ocean Engineering》（SCI一区top,IF:4.372）上在线发表论文“Nonlinear vortex dynamic analysis of flow-induced vibration of a flexible splitter plate attached to a square cylinder（DOI:10.1016/j.oceaneng.2022.112433）。江苏大学为该论文的第一单位，许彬副研究员为第一作者，流体中心张德胜研究员为通讯作者。
利用双向流固耦合（FSI）模拟研究了方柱后柔性平板涡激振动的机理。数值结果表明，方形圆柱体两侧的涡结构脱落会激发柔性平板的振动。柔性平板的水动力载荷（升力）与板端部的垂直振动位移之间存在明显的相位差。由于柔性平板的作用，方形圆柱体两侧的涡脱落存在明显的滞后效应。在低雷诺数流态中，粘性耗散项支配着涡量输运。粘性耗散项在一定程度上反映了流场的流动趋势。所得结果对基于FSI的柔性板海洋工程结构的设计具有一定的指导意义。
Bin Xu, Hao Wang, Yilin Deng, Xi Shen, Linlin Geng, Keyang Liu, Desheng Zhang*. Nonlinear vortex dynamic analysis of flow-induced vibration of a flexible splitter plate attached to a square cylinder[J]. Ocean Engineering, 2022: 112433.
6. 采用拉格朗日追踪方法评估鱼类通过传统轴流泵和鱼类友好型轴流泵后的损伤
大量泵站监测数据表明，鱼类在通过传统轴流泵后存在高比例损伤和死亡。本文对鱼类过泵损伤进行评估，采用CFD-DEM方法，考虑了鱼形轮廓和碰撞接触力，揭示了叶片前缘撞击、压力降低和液流剪切力三个最主要的鱼类损伤机制。结果表明：叶片数量高度影响鱼类撞击概率，螺旋形叶片前缘能有效降低冲击力；降压和剪切力在设计工况对鱼类的生存威胁较低，但在非设计工况的威胁增加。本研究为水力机械中鱼类损伤评估提供一种数值方法。
Qiang Pan, Desheng Zhang*, Weidong Shi, B.P.M. van Esch. Fish damage assessment during the passage through traditional and fish-friendly axial-flow pumps with Lagrangian tracking approach[J].Ocean Engineering, 2022, 253: 111188.
（来源：国家水泵工程中心）