13. 基于能量分析方法的大型灯泡贯流泵装置功率损失特性研究
流体中心张德胜研究员团队在能源领域期刊《Energy》发表题为“Numerical study of the energy loss in the bulb tubular pump system focusing on the off-design conditions based on combined energy analysis methods”的研究论文。贯流泵具有扬程低，流量大，效率高等突出特点，在南水北调等大型跨流域调水工程中应用广泛。本文以灯泡贯流泵为研究对象，关注各过流部件水力损失诱导的系统稳定性和高效性问题。通过熵产和能量平衡方程对比分析了过流部件的功率损失特性，考虑了壁面剪切应力的影响，定位了灯泡贯流泵内功率损失较大的局部区域，揭示了造成局部功率损失增加的原因，阐明了湍流项和粘性力项对功率损失的影响。
Longyue Sun, Qiang Pan, Desheng Zhang*, Ruijie Zhao, B.P.M.(Bart) van Esch. Numerical study of the energy loss in the bulb tubular pump system focusing on the off-design conditions based on combined energy analysis methods [J]. Energy, 2022, 258(124794).
14. 淹没射流对泥沙冲刷效果影响的试验研究
我校流体中心海洋工程水动力研究所团队在国际学术期刊《Ocean Engineering》（中科院1区）上发表了题为“Experimental investigation of scour of sand beds by submerged circular vertical turbulent jets”的研究论文，报道了淹没射流作用下泥沙床面冲刷的最新研究成果。论文通过对垂直淹没射流的瞬时流场特性研究，揭示射流与床面之间的相互作用和水沙两相运动的耦合效应，掌握冲击射流作用下泥沙的输移规律，完善和丰富冲击射流理论基础。该工作为射流清淤工程问题提供科学依据，有利于提高我国疏浚清淤技术水平。
Chen Jiaqi,Zhang Gonghe,Si Jin-Hua,Shi Hongbo*,Wang Xikun*. Experimental investigation of scour of sand beds by submerged circular vertical turbulent jets[J]. Ocean Engineering, 2022,257.
15. 文丘里型反应器中影响水动力学空化性能的因素研究
水动力空化是水处理或化学加工中新兴的强化技术，文丘里型空化反应器在工业规模生产方面具有优势。本文研究了温度对水动力空化流动的影响，找到了提高空化处理强度的最佳反应条件。结果表明，包括空化强度和空化不稳定行为在内的空化性能受以下因素影响：(1) 空化数（影响汽化过程的压力差），(2) 雷诺数（影响气泡的惯性/粘性比尺以及液-气界面面积），（3）热力学参数（影响温度下降的热效应）。随着温度的升高，空化长度先增加后减小，在58°C的转换温度处具有空化强度峰值。随着空化范围的扩大，空化形态倾向于从附着片状空腔向周期性云状空腔转换，并且蒸汽体积波动频率相应减小。
Mingming Ge, Chuanyu Sun, Guangjian Zhang*, Olivier Coutier-Delgosha, Dixia Fan. Combined suppression effects on hydrodynamic cavitation performance in Venturi-type reactor for process intensification. Ultrasonics Sonochemistry, 2022, 86: 106035.
16. 基于人工智能和改进粒子群算法对管道泵进口结构进行多目标优化设计和参数化分析
供水系统中广泛使用的离心泵能耗占比极大，然而，由于结构特殊，其能效却远低于平均水平。江苏大学和意大利帕多瓦大学合作开展研究，Pavesi教授和裴吉研究员为共同通讯作者。本研究通过使用水力损失可视化技术和相关性分析方法，研究了进水弯管形状与能量损失分布之间的关系。同时，为了实现严格尺寸限制条件下的性能优化，在进口弯管的末端增加了一个诱导叶片，以抑制导致能效损失的流动现象。基于自动数值分析技术生成并计算了700个不同的进口段设计方案。随后，通过使用机器学习方法和改进的多目标粒子群算法对进口段进行了优化设计以提高管道泵的的综合性能。优化后，管道泵的性能得到了显著地提高。同时，基于水力损失可视化方法对四种不同的设计方案进行了深入分析，指出了进口弯管中水力损失的主要分布特性。
Gan X, Pavesi G*, Pei J*, et al. Parametric investigation and energy efficiency optimization of the curved inlet pipe with induced vane of an inline pump[J]. Energy, 2022, 240: 122824.
17. 采用数值模拟方法探究导叶关闭规律对水泵水轮机泵工况瞬态特性的影响
水泵水轮机启停频繁，其过流部件内部通常存在严重的压力脉动现象，对机组的健康、稳定运行构成威胁。江苏大学和意大利帕多瓦大学合作开展研究，王文杰副研究员为第一作者，裴吉研究员和Pavesi教授为共同通讯作者。提出了两种两段式导叶关闭规律以控制水泵水轮机内部的瞬态压力脉动，基于大涡模型和动导叶技术模拟动导叶关闭过程中机组内部的瞬态变化，并采用小波变换对瞬态结果进行时频域分析。结果表明：相较于导叶直线关闭方案，当机组采用方案A控制导叶关闭时，无叶区处叶频下的压力信号明显减弱，且反导叶前缘处低频下的压力脉动幅值也明显减小，进一步，动导叶在叶频下的扭矩波动也有所削弱，但功率曲线波动较大。当机组采用方案B控制导叶关闭时，其对压力脉动的控制效果略差于方案A，但相较于原始方案而言，也改善明显。本研究对于控制水泵水轮机内部的瞬态压力脉动意义重大。
Wang W, Tai G, Pei J*, et al. Numerical investigation of the effect of the closure law of wicket gates on the transient characteristics of pump-turbine in pump mode[J]. Renewable Energy, 2022, 194: 719-733.
18. 基于MUSIG模型的潜油电泵（ESPs）气液两相流动特性研究
潜油电泵是深海采油领域的核心设备，对打造我国现代能源产业新体系尤为重要。气液两相下的流动特性是水力机械机组稳定运行共性关键科学问题之一。流体机械工程技术研究中心与法国国立高等工程技术大学校、湖南耐普公司合作，搭建了多级泵气液两相流实验台，采用MUSIG模型预测了不同来流含气率和气泡直径下某五级潜油电泵模型的内流特性，通过实验验证发现气泡的聚集与漩涡有关，高的含气率下流道内聚集气泡的直径也大，气液两相流型的变化是引起泵运行不稳定及性能恶化的主要原因。采用MUSIG模型可以准确预测气泡聚集区域，这一研究成果有助于我国大流量潜油电泵的工程化进程。
Qiaorui Si, Asad Ali, Biaobiao Wang, Peng Wang, Gerard Bois, Jianping Yuan* and Ameer Ali Kubar. Numerical study on gas-liquid two phase flow characteristic of multistage electrical submersible pump by using a novel Multiple-Size Group (MUSIG) model[J]．Physics of Fluids，2022，34，063311．
19. 分形纹理的触觉感知研究
流体中心生物医学工程研究部在国际权威期刊《Tribology International》(SCI一区top, IF:5.62)上发表论文“Tactile perception of fractal surfaces: an EEG-fNIRS study”。
在远程医疗等虚拟现实技术中，对真实纹理的触觉再现可以提升远程手术的沉浸感与可靠性。然而，现大多数用于触觉交互的虚拟表面缺乏有机表面常见的分形特征。本文基于纹理表面的分形特征来研究触觉交互感知机理。本实验搭建了EEG-fNIRS联合成像平台，并采集了纹理触觉感知过程中产生的力、振动以及大脑生理信息并进行数据分析。实验结果显示分形纹理的Hurst指数与触觉感知过程中的多个参数相关，为触觉认知机理、触觉传感和触觉再现的研究提供了理论支撑。
图：不同Hurst指数的分形纹理表面
图：不同分形纹理表面的(a) HbO2激活强度图和(b) HbR激活强度图
图：不同Hurst指数样本的血流动力学响应
Si Chen*, Kuo Li, Xiaoqi Qiao, Weimin Ru, and Lin Xu, Tactile perception of fractal surfaces: an EEG-fNIRS study, Tribology International, p. 108266, 2023/01/16/ 2023.
（来源：国家水泵工程中心）