电动潜油离心泵能量平衡试验及叶轮的改型设计

用自建的电泵泵级试验台对广泛使用的Ｄ８２型电泵泵级进行了能量平衡试验。根据试验结果提出了减小水力损失、增大单级扬程、提高电泵泵级效率的途径。根据三元叶轮的结构形状设计理论对Ｄ８２型电泵叶轮进行了改型设计，改型设计后的叶轮，其水力性能的各个参数都有所改善，叶片角减小而叶片包角增大，延长了叶片间的流道，能提高单级扬程。     

叶片包角对恒扬程泵性能的影响

为了研究叶片包角对恒扬程泵性能的影响规律,设计了6种不同包角叶片的叶轮,基于雷诺时均N-S方程、RNG k-ε湍流模型进行了定常数值计算,并对计算结果进行了实验验证.结果表明,在切断流量之前泵的扬程随包角的增大而减小,0°包角时泵的扬程最大,15°、30°、45°包角时泵的扬程基本相等,60°包角时泵的扬程最小,75°包角时泵的扬程随流量的增大线性减小.叶片包角对泵的效率具有较大影响,泵的效率在任一包角随着流量的增大先增大后减小.在切断流量附近,效率达到最大值;切断流量之前,效率随包角的增大而增大;切断流量之后,包角越大,效率随流量增大而减小得越快.     

叶片包角对组合叶轮离心泵工作特性的数值研究

为了获得某型组合式叶轮航空燃油离心泵不同叶片包角下的工作特性,对其内流场特性进行数值模拟研究。分别采用定点法和曲线拟合法建立了组合式叶轮的三维模型;利用Pump Linx软件对泵的内流场和出口工作压力特性进行数值仿真计算;在进行样机试验验证数值模拟方法准确性的基础上,基于原包角参数设计基础上增大和减小叶片包角下,进行离心泵的内流场及压力特性研究。仿真结果表明:随着包角增大,叶轮流道内摩擦力的升高导致离心泵增压能力下降;而叶片包角减小,叶轮出口相对速度液流角增大,对泵的增压能力产生积极作用。在叶轮基本外尺寸确定的情况下,必定存在使得泵性能最优的叶片包角,所给出数值模拟方法可用于指导离心泵的工程设计与优化。     

基于现有蜗壳的高效低噪叶轮设计及数值分析

为对废泵进行利用,在现有蜗壳的基础上设计新的高效低噪叶轮。结合叶轮的外径、叶片出口角、叶片包角和叶片数4个因素,按照L9(34)正交试验方案设计9个叶轮,将其与现有蜗壳配套成9台泵,采用Fluent软件对泵进行数值模拟,分析离心泵内流场和外特性,并对满足设计扬程要求的泵进行稳定性分析。结果表明:4号泵(叶轮外径为246.2 mm,叶片出口角27.35°,叶片包角110°,叶片数7)效率最高,轴功率最小并且内流场和稳定性表现都较为优秀;因素分析表明:出口角对离心泵效率的影响最大,包角对离心泵轴功率、扬程和叶轮扭矩的影响最大。     

长短叶片离心泵正交试验研究

试验设计选择了短叶片进口直径、进口偏置角和出口偏置角3个因素,每因素取3个水平,按L9(33)正交试验方案,设计制作了9副长短叶片复合叶轮,并对其外特性进行试验研究,检测出9副叶轮的动力特性.试验结果表明:短叶片设置对泵扬程有一定的提高,但效率差异较大,当取短叶片进口直径0.4(D2-D1) D1,进口偏置角10,°出口偏置角0°时,泵的性能有明显改善.     

多级潜水电泵非定常流动数值模拟及性能预测

为了研究多级潜水电泵内部流动特性,选取QD3-60/4-1.1首级叶轮和导叶为研究对象,采用修正的RNGk-ε湍流模型和滑移网格技术数值计算了泵三维非定常流场,给出了流道1中不同半径处相对速度液流角,绝对速度液流角和相对速度与圆周速度比值的分布曲线,分析了定常和非定常流道1出口压力面的速度三角形变化,并对扬程和功率的数值计算结果与试验结果进行了对比分析.结果表明:定常计算中随着流量的增加,叶轮出口绝对速度减小,绝对速度圆周分量减小,绝对速度径向分量增加;非定常计算中在0.90R2和0.95R2处靠近吸力面的相对速度液流角变化较明显,小流量工况下相对速度液流角一直在正负之间剧烈波动,绝对速度液流角随着流量的增大而增大;非定常计算可以较准确预测多级潜水电泵的特性.     

一种双吸式血液泵水力设计

为了更好地满足体外循环装置和人工心脏的运行要求,该文采用RANS方法和SSTk-ω湍流模型对一种双吸式血液泵进行了三维定常湍流计算;在详细分析血液泵内部流动特征的基础上,对泵的水力部件如叶轮及压水室进行了设计优化,并探讨了各种设计对血液泵主要运行参数的影响。结果表明:压水室隔舌附近的流道容易出现较大的局部壁面剪切应力,是泵内血细胞容易受到损伤的危险区域;适当增大压水室断面面积有利于提高泵的水力效率;选择较大的叶片出口安放角时血液泵可获得较高的扬程,但采用径向叶片叶轮(出口叶片安放角为90°)时须设法控制流动扩散及其对泵性能的影响;所设计叶轮的平均壁面剪切应力为20～26 Pa,小于损伤血细胞的临界值。     

RBF神经网络与遗传算法的离心泵优化设计

针对学习速度较慢且收敛性差的优化算法,提出用学习速度快且逼近能力强的径向基神经网络与遗传算法相结合的设计方法提高离心泵叶轮的效率.通过拉丁超立方试验设计方法对叶片出口安放角、出口宽度及包角进行设计.选取效率及扬程最优为优化目标,建立影响因素与优化目标之间的代理模型,运用遗传算法对模型进行寻优,得到最优的叶片参数.取优化后的叶片参数进行CFX数值模拟计算,优化后的叶轮在相同工况下效率与扬程分别提高了3.87%和4.25%,且优化后叶轮内部流场更均匀,水利损失较小,可对泵性能的提高提供有效参考.     

叶轮几何参数对多级离心泵性能的影响

用分离涡模拟方法对多级离心泵整机流场进行了模拟,用该方法得到的预测值与实验值吻合较好。采用分离涡模拟法考察叶片出口角、叶片包角、叶轮出口宽度和叶片数对离心泵性能的影响。结果表明在模拟的流量范围内,叶片出口角、叶片出口宽度、叶片数与泵的扬程正相关,叶片包角与泵扬程负相关。     

前伸式双叶片环保用泵的回归分析及优化设计

以某典型前伸式双叶片环保用泵为研究对象,选择了其叶轮进口直径Dj、叶轮外径D2、叶片出口安放角β2b、叶片包角θ四个几何因素,第一阶段选用L9(34)正交表进行正交设计,设计出9副叶轮,对叶轮、蜗壳在内的前伸式双叶片环保用泵进行数值模拟,获得9组设计方案额定点的效率、扬程及功率,应用极差分析与多指标综合平衡法选出泵设计的最佳参数;第二阶段在正交试验确定的最佳条件附近安排二次回归通用旋转设计,得到30组设计方案,采用CFD进行计算,分析结果以建立效率与各因素的定量关系,再通过响应面法精确得出泵的最佳设计条件.结果发现:在给定范围内,对泵效率影响的顺序为β2bD2θDj;对于中高比转速的前伸式双叶片环保用泵,其叶片出口安放角应取β2b=15°~25°.     

基于流固耦合的轴流泵叶片结构分析

为了准确分析YQH-100油气混输泵的叶片所受应力分布情况,运用Fluent软件与ANSYS软件协同仿真的方法对油气混输泵单级压缩级流道进行三维流动计算,将Fluent流场数据通过Workbench流固耦合技术传输给叶轮结构,再对叶轮叶片进行应力分析,通过数值分析确定叶片的应力及变形集中区域,得出叶片的应力及变形分布规律,并且可以看出运用流固耦合和不运用流固耦合时含气率对扬程和效率有较小的影响.     

诱导轮与叶轮叶片数匹配对泵空化性能的影响

为了研究诱导轮叶片数与叶轮叶片数匹配关系对泵空化性能的影响,基于雷诺时均N-S方程、RNG k-ε湍流模型和Rayleigh-Plesset空化模型,结合试验对某型LNG电动超低温潜液泵进行了全三维数值计算,并分析了泵的空化性能、扬程和效率随诱导轮和叶轮叶片数的变化规律.分别对诱导轮叶片数为2、3、4,叶轮叶片数为6、7、8的9种正交组合进行了数值分析研究,得到诱导轮和叶轮内空化发展的四个阶段.研究结果表明:只增加叶轮叶片数,扬程的增加幅度逐渐变大,对空化性能影响不明显;只增加诱导轮叶片数时,空化性能严重下降,最大差值达到11.0%,但对扬程和效率影响不明显;诱导轮的叶片数对泵空化影响较大,叶轮叶片数对泵空化影响较小.     

离心泵叶轮的优化设计

论述了以泵的能量损失最小为目标函数 ,以叶轮叶片出口宽度、出口角、直径为设计变量的泵叶轮的优化设计模型及优化计算方法 通过优化 ,获得了满足一定扬程和流量的最优参数组合     

叶片进口安放角对液力透平性能的影响

针对叶片进口安放角对液力透平性能影响规律认识不足的问题,架设一开式液力透平实验台,对一单级蜗壳式液力透平进行实验研究.采用结构化网格技术对该液力透平进行全流场数值计算与分析,将数值结果与实验结果相结合,验证数值计算的准确性.对不同进口安放角的叶轮进行数值研究.研究结果表明:随着叶片进口安放角的增加,液力透平小流量工况的效率有所下降,大流量工况的效率有所增加;透平的扬程和轴功率随着进口安放角的增加而增加;叶轮内部的功率损失是透平内部主要的功率损失;当叶片安放角增加时,小流量工况的功率损失有所增加,大流量工况下的功率损失有所减小;大流量工况下随着叶轮进口安放角的增加,进口液流冲角逐渐减小,因此,透平在大流量工况下功率损失减小,效率提高.     

旋喷泵的理论扬程和叶轮的优化设计

论述了旋喷泵的理论扬程是叶轮的理论扬程，其集流管的作用是使得叶轮出口液体的动能转变为压力能。根据旋喷泵扬程。流量曲线特点，提出了旋喷泵叶轮的优化设计数学模型、叶轮优化设计方法及水力参数的设计原则。依此方法，进行了实例计算。     

基于NSGA-Ⅱ遗传算法的低比转速离心泵多目标寻优

为了提高低比转速离心泵的水力效率和扬程,选取比转速为30的某一低比转速离心泵为研究对象,以离心泵的扬程和水力效率最大值作为优化目标,采用离心泵基本方程与Plackeet-Burman试验相结合的方法进行参数筛选,最终选取离心泵叶轮的叶片出口安放角、叶片包角和叶片出口宽度作为优化变量.在优化过程中,采用最优拉丁超立方设计方法安排了30组试验,利用RBF神经网络模型拟合出优化目标与变量之间的近似模型,并运用基于NSGA-Ⅱ遗传算法进行多目标寻优.优化结果表明:优化后的叶轮扬程基本没有变化,水力效率提高了5.82%,消除了流量-扬程曲线的驼峰现象,使离心泵的运行更加稳定;优化后叶轮流道内的压力梯度减小,漩涡的发生区域及大小也有不同程度的改善;叶轮流道内湍流区域分布均匀,叶片做功能力增强,水力效率得到提高.     

中低比转速离心泵叶轮几何参数优化

中低比转速离心泵效率普遍不高,主要因素是泵的圆盘摩擦损失过大,而圆盘摩擦损失又和叶轮直径的五次方成正比,针对这一特点,提出了以减少泵的圆盘摩擦损失为目的方法,即以叶轮直径最小为目标函数,综合考虑叶轮进口直径、叶轮叶片进出口安放角,叶轮叶片数等设计变量,建立相应的数学模型,通过优化计算,获得满足一定扬程和流量的上述参数的最优组合,从而提高中低比转数离心泵的效率,缩短泵的设计周期.     

叶片进口边位置对船用离心泵性能数值模拟与试验对比

为了研究叶片进口位置对船用离心泵内部流动和性能的影响。针对一国内生产的NSL125-415/A02型船用离心泵,在不改变原始叶轮设计的基础上,运用泵与旋转机械专业设计工具CFturbo分别将叶片进口边两次前移和两次后移,设计了四种新的叶型。然后采用全粘性三维湍流数学模型数值模拟计算了5组(包括原型泵)不同工况下的船用离心泵内流场,对比了不同位置叶片进口边对船用泵流量-扬程、流量-效率等外特性曲线以及叶轮内部流场在不同工况下的流动分布,并且将原型泵数值计算结果与试验进行了比对。结果表明：适当将叶片进口边位置向叶轮轮毂处偏移,可以相对改善叶轮内部流场分布情况,降低叶轮出口位置附近湍动能强度;在一定范围内,随着叶片进口边位置向轮毂处偏移,船用离心泵扬程有所提高,整体效率略有增加,且高效区域面积变大;通过与试验对比,运用数值计算方法来预测船用离心泵内部复杂三维流动是可行的。     

多级离心泵叶轮与导叶水力性能优化研究

为提高多级离心泵的水力效率,借助于FLUENT软件,对多级泵叶轮和径向导叶不同组合、不同工况下的内外水力性能进行了研究.结果表明:叶片进口边扭曲度高的叶轮具有较高的效率;泵的效率和扬程随导叶和叶轮配合间隙的增大而降低;在变流量工作时,叶轮与导叶水力性能的最优匹配关系可能随流量的变化而发生改变;转速对叶轮和导叶匹配性能影响极小.叶轮和导叶内部流场分析表明:叶轮和导叶内部的涡流是降低泵水力效率的主要因素,提出适当增加叶片进口扭曲度、减小叶轮和导叶间隙,从而减弱内部旋涡是多级离心泵水力性能优化的方向之一.由试验结果可见:多级泵外特性的模拟结果与试验结果误差在10％以内.     

基于叶片型面扭角分析的整体叶轮展成电解加工运动设计

为提高展成电解加工整体叶轮叶片型面的加工精度和阴极运动设计的效率,以直纹面叶轮为例,研究了叶片扭角对展成电解加工的影响,提出对叶片型值点拟合曲线做法向偏置,以偏置曲线生成的特征点为依据进行展成运动轨迹设计,并根据工艺试验确定工具阴极运动参数的展成运动设计方法,从而消除叶片扭角对加工精度的不利影响。实例验证表明,采用该方法可以快速有效的进行整体叶轮叶片型面展成电解加工阴极运动设计,并可提高加工精度。