串联双水翼泵的流体动力响应与相对水翼间距及频率变化的关系

《Ocean Engineering》：Hydrodynamic response of tandem bionic dual-hydrofoil pump to relative foil spacing and frequency variations

双桨叶泵水力性能优化研究：采用有限体积法与超集网格技术分析不同相对叶间距（R=0.25至4.0）和拍打频率（0.5-2.0Hz）对串联双生物启发式泵效率的影响，发现R=0.25和3.0时效率最优但未达单桨叶两倍，频率主要影响头和流量而非效率。

　　### 优化河道水流：基于复合谐波运动的仿生双水翼泵研究

在中国南方的平原河网中，水体流动受限、自净能力下降的问题一直困扰着水环境治理。传统的水闸泵站虽然能够改善水流条件，但往往在低水头区域表现出低效率和高噪音等缺陷，这不仅影响了水质改善效果，还可能带来安全隐患。为此，研究人员提出了一种创新性的解决方案——基于鱼类尾鳍运动原理的仿生双水翼泵。这种泵通过复合谐波运动实现水体的高效流动，从而提升水体交换频率和自净能力。

本研究通过数值模拟方法，系统分析了双水翼泵在不同相对水翼间距和摆动频率下的水力性能。研究采用有限体积法（FVM）和非结构化动态网格技术，对水翼的运动过程进行建模，以评估其在实际应用中的潜力。水翼的间距从0到4倍水翼弦长（c）不等，而摆动频率则被设定为4种不同的值。通过对这些参数的调整，研究人员旨在找到最佳的水翼配置，从而在有限的水头条件下实现高效、稳定的水流循环。

研究结果表明，当相对水翼间距为0.25c和3.0c时，双水翼泵的推进效率和抽水效率均达到最佳状态，分别比单水翼泵提升了34.1%。然而，值得注意的是，双水翼泵的效率并未达到单水翼的两倍，这表明在某些情况下，水翼之间的相互作用可能会限制整体效率的提升。此外，研究还发现，摆动频率对双水翼泵的水头和流量有显著影响，但对抽水和推进效率的影响较小。这意味着，在优化双水翼泵性能时，应优先考虑水翼间距的调整，而摆动频率的作用更多体现在流量和水头的控制上。

通过分析不同间距下的水翼运动轨迹和涡流分布，研究人员发现，水翼之间的间距不仅影响涡流的生成和合并，还决定了水流的稳定性和效率。在相对间距较小时，涡流之间的相互作用较强，可能导致能量损耗。而在较大的间距下，涡流的偏移程度增加，从而影响水流的连贯性。因此，选择合适的间距是提高双水翼泵效率的关键。

此外，研究还发现，水翼的运动频率对水流的推动力和流量有直接的影响。在相同间距条件下，频率越高，抽水和推进效率越显著。然而，频率过高可能引发不必要的能量消耗和噪音问题，因此需要在实际应用中找到一个平衡点。结合实验数据和数值模拟结果，研究人员建议将频率控制在1Hz以内，以确保系统的稳定性和高效性。

综上所述，本研究为双水翼泵的设计和应用提供了重要的理论依据和技术支持。通过合理选择水翼间距和摆动频率，可以在低水头条件下实现高效、低噪音的水流循环，从而改善平原河网中支流的水体质量。这一研究成果不仅有助于提升水体自净能力，还为水力工程中水流调控技术的发展提供了新的思路和方法。