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《江苏大学》 2011年
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离心泵空化及其诱导振动噪声研究

王勇  
【摘要】:本文在国家杰出青年基金(50825902)和江苏省自然科学基金创新学者攀登项目(BK2009006)的资助下开展工作。随着科学技术的发展,泵的应用领域正在迅速扩大,并发挥着举足轻重的作用。然而,空化这一世纪难题,一直制约着水泵行业的发展,不仅限制了泵的高效运行范围和小型化的实现,还影响了泵的运行稳定性和可靠性。为了获得离心泵内部空化特性及其诱导振动噪声的机理和传播规律,并为低振动低噪声离心泵水力设计方法的建立提供基础,本文采用理论分析、数值计算和实验测量相结合的方法对离心泵内部的空化特性以及空化诱导振动噪声进行了研究。本文的主要工作和创造性成果有: 1.对离心泵内部流动分别进行了单相定常计算、空化定常计算和空化非定常计算。首先对单相定常计算时的收敛精度、边界条件和湍流模型等因素进行了比较,计算结果表明:(1)收敛精度10-4即可以满足要求且计算时间比收敛精度10-5缩短近一倍:(2)全压进口、质量流量出口与流速进口、压力出口两种常用边界条件的计算结果相近;(3)对于低比转数离心泵SST湍流模型的计算精度较高,对于中高比转数离心泵标准k-ε湍流模型的计算结果较好。然后以单相定常计算结果为初始值进行空化数值模拟,计算了离心泵的必需空化余量,分析了泵内空泡分布、叶片载荷分布和蜗壳内压力脉动等空化特性,并对泵出口压力脉动特性的计算结果进行了实验验证,研究结果表明:(1)数值计算结果的精度较高,必需空化余量的最大绝对偏差为0.36m;(2)空泡首先在叶片背面进口边附近产生,并沿叶片背面向工作面和出口方向扩展,随着无量纲距离S的增加,空泡的体积分数减少;(3)空化对叶片载荷的影响较大,但随着离心泵比转数的增加影响逐渐减小。(4)随着空化程度的加剧,轴频峰值变化明显,呈显著增加趋势,各监测点的平均压力先保持不变然后显著下降,同时压力脉动加剧,且隔舌附近的脉动幅值最大。 2.搭建了离心泵空化诱导振动噪声实验测试系统,实现了泵性能参数和空化诱导振动以及噪声信号的同步采集。对一台离心泵5个工况的空化性能及振动噪声特性进行测量,实验结果表明:不同流量下,随NPSHa的下降,各测点振动强度和声压级先保持不变然后明显升高,升高点可作为初生空化余量的判据;蜗壳第八断面测点的振动强度高于其它测点,并随着流量的增加振动强度增大。空化噪声信号主要集中在0~1000Hz以内,随着空化程度的加剧,500Hz~1000Hz频段内的能量峰值明显增加。 3.首次基于改进算法的BP网络和RBF网络在MATLAB7.0平台上建立了离心泵空化性能预测模型,初步建立了叶轮重要几何参数与必需空化余量的关系;并用6组非样本数据对模型进行了验证,结果表明BP模型和RBF模型的平均相对偏差分别为5.69%和3.47%,预测效果均较好。 4.首次基于CFD的方法研究了叶片数、叶片进口冲角和叶片包角对不同比转数离心泵必需空化余量的影响,并通过实验进行了验证。研究结果表明CFD方法具有一定的预测精度,能较准确得到各几何参数变化对离心泵设计流量下空化性能影响的复杂变化规律,每个参数都具有一个最优值使泵的空化性能最佳,叶片进口冲角和叶片包角对模型泵空化性能的影响小于叶片数的影响。 5.通过实验的方法首次研究了叶片数、叶片进口冲角和叶片包角对离心泵设计流量下空化诱导振动和噪声特性的影响。研究结果表明:(1)随着NPSHa的下降,三种参数方案加速度传感器测得的振动强度均呈先基本保持不变再逐步上升的规律,且蜗壳第八断面测点上的振动强度最大;(2)叶片数、叶片进口冲角和叶片包角的变化对各测点的振动信号有明显影响,但变化规律较为复杂;(3)无空化发生时,三种参数的变化对噪声信号的轴频和叶频影响较大,且三种参数的变化规律不同,叶片包角的影响最为复杂。随着空化程度的加剧,三种参数变化使噪声信号在500Hz~1000Hz以及1750Hz~2250Hz频段内的能量峰值明显增加。 6.应用高速摄影图像采集系统,以一台带固定导叶的离心泵为研究对象,基于CFD与实验测量相结合的方法,首次获得了离心泵叶轮进口空泡分布与空化诱导振动噪声特性的关系。研究结果表明:(1)非定常数值计算得到的叶轮进口部分的空泡分布与高速摄影拍摄结果比较接近,基本可以反映出空泡的分布位置以及空泡随叶轮转动的产生与溃灭规律;(2)在小于设计流量运行时,离心泵4个加速度传感器和水听器测得的振动强度和声压级变化不大,呈缓慢降低的趋势,在大流量工况运行时,振动能量和声压级明显上升,通过高速相机的拍摄证明是由泵内发生空化引起;(3)离心泵4个加速度传感器及水听器测得的不同空化余量时的振动和噪声信号的频谱相差不大,当NPSHa较大泵内无空化产生时,频谱主要集中在1000Hz以内,且以离散频率为主要频率,随着空化余量的下降,振动信号和噪声信号宽频段内的能量峰值增加,空化对大流量工况的振动噪声特性影响较大。
【学位授予单位】:江苏大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TH311

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【引证文献】
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1 吴登昊;袁寿其;任芸;张金凤;;管道泵不稳定压力及振动特性研究[J];农业工程学报;2013年04期
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1 裴吉;离心泵瞬态水力激振流固耦合机理及流动非定常强度研究[D];江苏大学;2013年
2 吴贤芳;离心泵关死点性能的研究[D];江苏大学;2013年
3 吴登昊;高效低振动循环泵设计与试验研究[D];江苏大学;2013年
【参考文献】
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1 张俊华;张伟;蒲中奇;林良有;;轴流转桨式水轮机空化声信号特征研究[J];大电机技术;2006年02期
2 李军;刘立军;丰镇平;;基于界面跟踪方法的汽蚀模型和算法的有效性验证[J];工程热物理学报;2006年02期
3 陈庆光;吴墒锋;吴玉林;刘树红;张永超;王涛;;轴流式水轮机内部空化流动的数值预测[J];工程热物理学报;2006年05期
4 张梁;吴玉林;刘树红;张乐福;;混流式水轮机内部流场的三维空化湍流计算[J];工程热物理学报;2007年04期
5 李军;刘立军;李国君;丰镇平;;离心泵叶轮内空化流动的数值预测[J];工程热物理学报;2007年06期
6 甘加业;薛永飞;吴克启;;混流泵叶轮内空化流动的数值计算[J];工程热物理学报;2007年S1期
7 吴昱,朱祖超;利用引射结构提高离心泵的汽蚀性能[J];工程设计学报;2002年02期
8 范宗霖,李文广,薛建欣;叶片进口边形状对离心泵NPSH的影响[J];甘肃工业大学学报;1994年01期
9 朱玉峰;离心泵中的汽蚀及其防护技术[J];河北科技大学学报;2004年03期
10 高秋生;对液体空化机理的进一步探讨[J];河海大学学报(自然科学版);1999年05期
中国博士学位论文全文数据库 前4条
1 杨庆;空化初生机理及比尺效应研究[D];四川大学;2005年
2 王兰;超燃冲压发动机整机非结构网格并行数值模拟研究[D];中国空气动力研究与发展中心;2007年
3 高霄鹏;舰艇水动力噪声的数值分析与拖曳模测试技术研究[D];上海交通大学;2007年
4 倪永燕;离心泵非定常湍流场计算及流体诱导振动研究[D];江苏大学;2008年
【共引文献】
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1 赖鹏;;基于Moldflow和BP神经网络的超薄塑料制品流程长度预测[J];工程塑料应用;2011年02期
2 陈文元;李雪梅;迟晓梅;;小波分析与神经网络在结构多处损伤监测中的应用[J];四川建筑科学研究;2006年03期
3 冯清海;袁万城;樊启武;;基于FE—ANN—MC的结构可靠度计算方法研究[J];四川建筑科学研究;2008年04期
4 郑少瑛;陈静茹;;基于神经网络在钢筋混凝土施工质量评价中的应用研究[J];四川建筑科学研究;2009年06期
5 张潞;汪洋;;土木工程健康监测无线测试信号同步性研究(Ⅰ)[J];四川建筑科学研究;2010年05期
6 张潞;汪洋;;土木工程健康监测无线测试信号同步性研究(Ⅱ)[J];四川建筑科学研究;2010年06期
7 胡龙军;陈一波;陶吉利;;基于神经网络参数自整定PID控制的应用[J];安徽电子信息职业技术学院学报;2009年06期
8 甘信华;石勇;林保国;;基于MATLAB的BP神经网络在大气环境质量评价中的应用[J];安徽化工;2008年05期
9 李峻;孙世群;;基于BP网络模型的青弋江水质预测研究[J];安徽工程科技学院学报(自然科学版);2008年02期
10 张艳;张海军;;基于DSP的多通道超声波连续测厚系统的研究[J];安徽工程科技学院学报(自然科学版);2008年03期
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1 牛草原;陈奎孚;;玉米植株抗倒折能力综合测试[A];北京力学会第18届学术年会论文集[C];2012年
2 王国庆;李国福;李旭渊;;基于PSO-K均值聚类的核事故应急监测点位快速确定技术研究[A];全国危险物质与安全应急技术研讨会论文集(上)[C];2011年
3 曲东才;徐庆九;;一种非线性系统ANN逆模型建模方案及EFRA训练算法仿真[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
4 吕思颖;刘载文;王小艺;崔莉凤;;基于Elman神经网络的水华短期预测模型[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
5 张佑春;王平;张公永;;基于D-S证据理论和神经网络的信息融合方法及应用[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
6 张敏虎;任章;;神经网络辅助高动态GPS/INS组合导航融合算法[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
7 王德军;李萌;王丽华;;基于BP神经网络的汽车ABS系统故障诊断[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
8 姜伯乐;陈杨;;坝身深式泄水孔长压力管体型空化特性研究[A];泄水建筑物安全及新材料新技术应用论文集[C];2010年
9 姜伯乐;岳鹏博;杨江宁;;跌坎式底流消力池空化特性试验研究[A];2011全国水工泄水建筑物安全与病害处理技术应用会刊[C];2011年
10 杜健;费保俊;刘颖;潘高田;姚国政;;基于神经网络的导航装备维修能力评估研究[A];第二届中国卫星导航学术年会电子文集[C];2011年
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1 戴运桃;粒子群优化算法研究及其在船舶运动参数辨识中的应用[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 王超;螺旋桨水动力性能、空泡及噪声性能的数值预报研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 冷欣;船用增压锅炉汽包水位预测控制方法研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
4 丁宝成;煤矿安全预警模型及应用研究[D];辽宁工程技术大学;2010年
5 许爱德;开关磁阻电机在船舶电力推进中的应用研究[D];大连海事大学;2010年
6 陈为真;大型结构振动信号处理与模态参数识别研究[D];华中科技大学;2010年
7 陈宇;电容层析成像反问题求解及图像重建算法研究[D];哈尔滨理工大学;2010年
8 曾智刚;波浪运动升沉补偿液压平台关键问题试验研究[D];华南理工大学;2010年
9 王春林;旋流自吸泵设计及内部流动研究[D];江苏大学;2010年
10 付强;1000MW核电站离心式上充泵水力设计与结构可靠性研究[D];江苏大学;2010年
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1 杨传宽;深基坑变形监控与信息化施工研究[D];河南理工大学;2010年
2 简金辉;超声辅助硬态切削切屑形态与表面加工质量的试验研究[D];河南理工大学;2010年
3 代宏伟;布里渊散射水下探测目标的自动识别[D];南昌航空大学;2010年
4 王永;消防单兵综合信息采集系统研究[D];山东科技大学;2010年
5 滕景忠;智能瓦斯传感器的研制[D];山东科技大学;2010年
6 何伟强;固液泵的数值模拟与试验研究[D];浙江理工大学;2010年
7 王顺岩;灰色系统理论在间歇式染色中的应用研究[D];浙江理工大学;2010年
8 张西雅;基于信息融合的汽车防追尾避撞目标识别研究[D];郑州大学;2010年
9 范不井;某地区电网短期负荷预测研究[D];郑州大学;2010年
10 张晓冬;基于全矢谱的智能诊断技术研究[D];郑州大学;2010年
【同被引文献】
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1 王新海;杜喆华;穆岩;陈剑;;船用离心泵减振改进数值模拟分析研究[J];船舶工程;2011年S2期
2 黄国富;常煜;张海民;赵文峰;陈奕宏;;低振动噪声船用离心泵的水力设计[J];船舶力学;2009年02期
3 刘亮;叶轮出口参数对离心泵性能的影响[J];长沙电力学院学报(自然科学版);1995年04期
4 谷朝红,姚熊亮,陈起富;水轮机部件流固耦合振动特性研究[J];大电机技术;2001年06期
5 肖若富,韦彩新,韩风琴,张双全;混流式水轮机转轮的动力学研究[J];大电机技术;2001年S1期
6 张立翔,徐天茂;巨型混流式水轮机叶片水弹性失稳特性分析[J];动力学与控制学报;2004年04期
7 徐朝晖,吴玉林,陈乃祥,刘宇,张梁,吴玉珍;基于滑移网格与RNG湍流模型计算泵内的动静干扰[J];工程热物理学报;2005年01期
8 陈党民,李新宏,黄淑娟;部分流泵整机非定常流动数值模拟[J];工程热物理学报;2005年S1期
9 王乐勤;李志峰;戴维平;吴大转;;离心泵启动过程内部瞬态流动的二维数值模拟[J];工程热物理学报;2008年08期
10 高波;杨敏官;李忠;康灿;;空化流动诱导离心泵低频振动的实验研究[J];工程热物理学报;2012年06期
中国博士学位论文全文数据库 前9条
1 蒋爱华;流体激励诱发离心泵基座振动的研究[D];上海交通大学;2012年
2 王凯;离心泵多工况水力设计和优化及其应用[D];江苏大学;2011年
3 王少波;混流式水轮机转轮动力特性分析及综合优化设计[D];机械科学研究院;2003年
4 徐朝晖;高速离心泵内全流道三维流动及其流体诱发压力脉动研究[D];清华大学;2004年
5 郑小波;水轮机过流部件的优化设计和振动特性分析[D];西安理工大学;2006年
6 郭鹏程;水力机械内部复杂流动的数值研究与性能预测[D];西安理工大学;2006年
7 袁建平;离心泵多设计方案下内流PIV测试及其非定常全流场数值模拟[D];江苏大学;2008年
8 倪永燕;离心泵非定常湍流场计算及流体诱导振动研究[D];江苏大学;2008年
9 张金凤;带分流叶片离心泵全流场数值预报和设计方法研究[D];江苏大学;2007年
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1 党小建;水轮机导叶流固耦合振动特性计算[D];西安理工大学;2004年
2 黄忠富;小波分析在离心泵汽蚀故障诊断中的应用研究[D];江苏大学;2005年
3 叶建平;离心泵振动噪声分析及声优化设计研究[D];武汉理工大学;2006年
4 王学;基于ALE方法求解流固耦合问题[D];国防科学技术大学;2006年
5 袁启铭;轴流泵叶片流固耦合振动特性分析[D];扬州大学;2009年
6 梁超;压力脉动法在离心泵汽蚀故障诊断中的研究[D];东北电力大学;2010年
7 王钊;蜗壳进口宽度对离心泵性能影响的数值研究[D];兰州理工大学;2012年
【二级参考文献】
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1 王幼民,杨国太,桂诗祥,杨俊峰;中低比转速离心泵叶轮几何参数优化[J];安徽机电学院学报;2001年01期
2 王幼民,唐铃凤,苏应龙;离心泵叶轮的优化设计模型[J];北京工业大学学报;2000年02期
3 郎继兴;;轴流泵变轴面速度流型设计理论的研究[J];北京农业工程大学学报;1987年04期
4 黄继汤;液体粘性对空泡生存过程的影响[J];北京建筑工程学院学报;1994年02期
5 周正;王鲁;王富耻;程焕武;张海峰;徐赛华;王一鸣;;Fe基非晶合金涂层的微结构与性能研究[J];北京理工大学学报;2008年09期
6 安静贤,莫秋云,王震;虚拟仪器技术在振动测试中的应用[J];北京林业大学学报;2002年02期
7 李晓宏,刘克,乔五之,冯涛;离心泵水动力学噪声参数测控系统的设计与分析[J];北京工商大学学报(自然科学版);2005年01期
8 毕毅,王波,李和平;水下自航模型无线长波遥控系统[J];船舶工程;2002年06期
9 王波,毕毅,李和平;水声式自航模运动轨迹实时测量系统[J];船舶工程;2003年02期
10 吴仁荣;;加装前置导翼降低叶轮入口处流体噪声[J];船舶工程;2006年01期
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1 曲景学;孔板泄洪洞空化初生试验及数值模拟研究[D];四川大学;2001年
2 常利娜;非结构网格上并行求解二维Euler方程的研究[D];西北工业大学;2002年
3 郑忠华;双模态冲压发动机燃烧室流场的大规模并行计算及试验验证[D];中国人民解放军国防科学技术大学;2003年
4 张昌兵;孔板型内消能工水力特性试验研究及数值模拟[D];四川大学;2003年
5 徐朝晖;高速离心泵内全流道三维流动及其流体诱发压力脉动研究[D];清华大学;2004年
6 郭鹏程;水力机械内部复杂流动的数值研究与性能预测[D];西安理工大学;2006年
7 高霄鹏;舰艇水动力噪声的数值分析与拖曳模测试技术研究[D];上海交通大学;2007年
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1 叶建平;离心泵振动噪声分析及声优化设计研究[D];武汉理工大学;2006年
2 张萍;流体机械表面抗气蚀涂层的组织结构与性能研究[D];河海大学;2006年
3 黎义斌;冲压焊接离心泵叶轮及蜗壳耦合特性准非定常数值模拟[D];江苏大学;2006年
【相似文献】
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1 朱玉峰;;离心泵叶轮出口直径的精确计算[J];轻工机械;2007年03期
2 高红斌;张汝琦;孙楠;杨了;;相似定律在离心泵设计中的简易应用[J];机械工程与自动化;2010年05期
3 陈勇军,张克危,孙建平,贾宗谟;专家系统在水泵设计中的应用初探[J];水泵技术;1995年02期
4 袁寿其;曹武陵;;从离心泵设计中考虑可靠性[J];排灌机械;1991年01期
5 何希杰;钟震;;单级离心泵设计规律与趋势[J];排灌机械;1991年02期
6 高忠大;朱玉峰;张平;白海波;;低比转速化工离心泵改进设计[J];轻工机械;2008年03期
7 罗先武;张瑶;彭俊奇;许洪元;;叶轮进口几何参数对离心泵空化性能的影响[J];清华大学学报(自然科学版);2008年05期
8 吴仁荣;王智磊;;离心泵设计的相似换算和面积比法[J];船舶工程;2009年04期
9 罗先武;张瑶;彭俊奇;许洪元;;叶轮进口几何参数对离心泵空化性能的影响[J];清华大学学报(自然科学版)网络.预览;2008年05期
10 梁飞华;黄玉新;邓宇;曾亚森;邢镇容;;Pro/ENGINEER运动仿真功能在离心泵设计中的应用[J];煤矿机械;2006年01期
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1 王亲猛;;基于VC与CFX的离心泵流场分析系统[A];北京力学会第15届学术年会论文摘要集[C];2009年
2 陆伟刚;张金凤;;离心泵叶轮轴向力自动平衡新方法[A];农业机械化与新农村建设——中国农业机械学会2006年学术年会论文集(上册)[C];2006年
3 严敬;严利;;对美国最新离心叶轮设计资料的分析与介绍[A];全面建设小康社会:中国科技工作者的历史责任——中国科协2003年学术年会论文集(上)[C];2003年
4 林洪亚;;换热器管束失效分析与防范[A];第三届全国化学工程与生物化工年会论文摘要集(下)[C];2006年
5 刘克伟;贾月梅;赵秋霞;;泵蜗壳的一种实用CFD寻优设计计算方法[A];力学与工程应用(第十三卷)[C];2010年
6 张永学;李振林;;离心泵叶轮的计算机程序水力设计[A];2007年石油装备学术研讨会论文专辑[C];2007年
7 王天周;;高速混流泵设计体会[A];2010年重庆市机械工程学会学术年会论文集[C];2010年
8 张辉君;吕胜杰;;换热器管束翻新再造[A];全国第四届换热器学术会议论文集[C];2011年
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1 记者 冉瑞成 实习生 张灿;我国首台核电上充泵在渝研制成功[N];经济日报;2009年
2 记者 王小妆 根林;核电上充泵成功实现国产化[N];中国经济时报;2009年
3 记者 崔佳;我国首台核电上充泵研制成功[N];人民日报;2009年
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1 王勇;离心泵空化及其诱导振动噪声研究[D];江苏大学;2011年
2 吴贤芳;离心泵关死点性能的研究[D];江苏大学;2013年
3 王凯;离心泵多工况水力设计和优化及其应用[D];江苏大学;2011年
4 张翔;不锈钢冲压焊接离心泵能量转换特性与设计方法[D];江苏大学;2011年
5 裴吉;离心泵瞬态水力激振流固耦合机理及流动非定常强度研究[D];江苏大学;2013年
6 周卫东;离心式井底增压系统设计与数值模拟研究[D];中国石油大学;2008年
7 朱荣生;离心泵叶轮不等扬程水力设计方法研究[D];江苏大学;2011年
8 张人会;离心泵叶片的参数化设计及其优化研究[D];兰州理工大学;2010年
9 吴登昊;高效低振动循环泵设计与试验研究[D];江苏大学;2013年
10 付强;1000MW核电站离心式上充泵水力设计与结构可靠性研究[D];江苏大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 陈程;离心泵振动特性有限元分析及试验研究[D];武汉理工大学;2012年
2 吕秀丽;离心泵内部三维流场数值模拟研究[D];辽宁工程技术大学;2009年
3 王鑫;离心泵关键结构力学分析及改进研究[D];苏州大学;2011年
4 周琦;离心泵内部流动分析与蜗壳优化研究[D];大连理工大学;2012年
5 范贤旗;离心泵内泥沙磨损机理的数值研究[D];西安理工大学;2010年
6 杨倩;基于不同湍流模型的离心泵内部流场数值模拟与分析[D];兰州理工大学;2010年
7 张圣;离心泵参数化设计和分析[D];西华大学;2011年
8 袁亚飞;基于离心泵的水力透平的流场分析及性能预测[D];兰州理工大学;2010年
9 杨光;电站用节段式离心泵全面性能优化设计及数值模拟研究[D];华北电力大学;2011年
10 陈肖汕;高扬程农用灌溉离心泵优化设计[D];中南林业科技大学;2012年
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