基于数值分析的离心泵性能预测

利用CFD仿真软件对离心泵内流场不可压湍流流动进行数值仿真。揭示了离心泵内部湍流流场的分布规律,并对离心泵的性能进行预测。对于了解离心泵内部的流动情况、提高离心泵的效率和改进离心泵的设计有很好的参考价值。     

离心泵叶轮内部三维湍流流动的分析

为研究离心泵内部伴有盐析的复杂液固两相流动问题，首先需要了解在清水状态下，其内部真实流动现象的物理本质．为此，基于N—S方程和标准的k—ε湍流模型，利用FLUENT6．1对清水状态下离心泵叶轮内部的三维湍流场进行了数值模拟，并运用先进的测量仪器PIV对改进设计后的化工离心泵叶轮内部流场进行了测量，给出了其相对速度分布图．同时，结合数值计算与试验研究。对离心泵叶轮内部流场进行了初步分析．试验结果表明，计算所采用的模型的修正方法基本符合离心泵内部流动的实际情况．     

基于数值模拟的高海拔地区离心泵性能分析

为了解高海拔地区离心泵的运行特点,采用Fluent软件中的MRF模型,以离心泵在3 000 m的实际运行参数为输入量,对不同海拔高度(0 m、1 000 m、2 000 m、3 000 m、4 000 m、5 000 m)情况下离心泵的内部流场进行数值模拟,探讨其压强、速度的变化规律。结果表明:海拔高度为5 000 m时离心泵内部流场的平均压强为47 672.15 Pa,是平原上平均压强的50%;海拔高度对离心泵内部速度场以及速度矢量场的影响作用很小,可忽略不计。     

射流浮选柱的单相湍流数值模拟

为了了解浮选柱的内部流场分布,建立了浮选柱的单相湍流流动模型.在此基础上,针对浮选柱具有多出入口的结构特点,采用数值模拟方法,分别对Microcel浮选柱和实验室双射流浮选柱的流体流动状态进行了研究.结果表明:无论是实验室双射流浮选柱还是Microcel浮选柱,其入料位置和尾矿口的位置对浮选柱的内部流场分布都有较大影响,入料或尾矿口的不对称布置将引起流场分布不均,导致流体流动发生偏流现象,必然对分选产生不利影响.该成果对浮选柱设计和结构改进具有一定的参考价值和指导意义.     

非光滑表面离心泵叶轮的流动减阻特性

为了分析非光滑表面对离心泵性能的影响,基于仿生凹坑表面的减阻特性,将凹坑型非光滑单元体排布于离心泵叶片的工作面,建立具有非光滑表面的叶轮离心泵的流动减阻特性分析模型,通过RNGk-ε湍流模型对离心泵内部流场进行数值模拟,分析具有非光滑表面叶轮的流动减阻特性,研究不同流量下非光滑表面对叶片近壁面的速度分布、剪应力和离心泵内部流场的影响.结果表明:凹坑型非光滑表面能够降低因黏性阻力产生的叶轮扭矩,其扭矩的最大降幅为5.8%;非光滑表面能够有效控制叶片近壁面边界层的流体流动,减小叶片的壁面剪应力;凹坑型非光滑表面能够降低离心泵叶轮内部流体的湍动程度,减小湍动产生的能量耗散,使叶轮内部的流体流动更加稳定并提高离心泵的效率.     

隔舌对离心泵压力脉动特性及内部流场的影响

为了明确隔舌对离心泵内部流场影响,采用滑移网格技术,对离心泵不同隔舌蜗壳情况下的外特性进行数值模拟,并结合试验分析隔舌形状对离心泵效率和扬程的影响。同时,对不同工况下单隔舌蜗壳、双隔舌蜗壳离心泵压水室各截面上压力脉动特性及其内部流场特性进行研究。研究结果表明:双隔舌蜗壳相比于单隔舌蜗壳对离心泵外特性的影响很小;单隔舌蜗壳、双隔舌蜗壳离心泵压水室各截面的压力脉动频率以叶片通过频率为主,各压力脉动幅值以近隔舌处尤为激烈;采用双隔舌蜗壳时压水室各截面压力脉动幅值明显减小,压力脉动频率多集中在中低频;在偏离设计工况下,单隔舌蜗壳离心泵的某些截面上压力脉动幅值有锐增现象,双隔舌蜗壳时其压力脉动最大降幅达45.5%;双隔舌蜗壳离心泵内部流场流动状态较好,隔舌处速度梯度变化均匀,更利于流体流动。     

离心泵空蚀湍流的非定常数值模拟

为了研究离心泵内部的空蚀流动,结合Fluent软件中的空蚀模型和混合流体两相流模型,对离心泵流道内的三维湍流空蚀流场进行非定常数值模拟.根据模拟计算结果的液相和空泡相流动特征,预测离心泵在设计工况下运行时流道内空蚀发生的位置和程度;通过分析空蚀发生过程中叶片上的压力分布,揭示出离心泵流道内空蚀流场的内在特性,并可对泵的性能进行预估.     

3叶片离心泵内流场的PIV测量

采用加大设计流量的方法设计了一副3叶片低比转数离心泵叶轮,利用2DP IV系统测量设计转速时4种不同流量工况下同一叶槽内的流场,获得了叶槽内的瞬时流场图,进一步处理得到流场的速度矢量图和等值线图.测试结果表明,叶槽内部的流动呈非对称状态,在进口部位压力面存在局部低速区,可能产生回流.此项研究为改进叶轮设计方法提供了依据.     

叶轮口环结构对离心泵性能及流场的影响

为了揭示叶轮口环间隙及结构型式对离心泵性能的影响,以IS80-65-160离心泵为模型载体,采用RNG k-ε湍流模型,对不同叶轮口环间隙及口环结构型式下的离心泵内部流场进行数值模拟,分析叶轮口环间隙对离心泵的效率、压力场和速度场的影响规律;研究3种环状结构型式的叶轮口环对离心泵性能的影响机制。研究结果表明:叶轮口环间隙的变化改变了离心泵内部流场的流动状态,影响其前、后泵腔处的压力分布,间隙内部的速度发生明显变化;锯齿形口环泄漏量最多可减少16.2%,容积效率提高,轴向力降低,锯齿形叶轮口环结构可提升离心泵2%的水力效率;流经两环状结构空腔的流体,过流面积增加,产生剧烈旋涡,并进行能量耗散,阻止了流体压力能的恢复,分散了经密封齿隙高速射出的流体的动能,间隙内部流体的速度梯度和压力梯度增大,湍动状态加剧,流动阻力增加。     

基于流场分析的离心泵优化设计

为了提高离心泵的效率和降低汽蚀发生率,以离心泵的叶轮为研究对象,通过CFturbo软件建立三维模型,采用PumpLinx软件模拟其内部流场数值,通过正交试验和极差分析法,研究多个参数对效率及汽蚀的影响,得到最优的参数组合。优化后离心泵的效率提高了4.088％,汽蚀性能得到了明显改善。     

-含沙水流对离心泵能量特性的影响

通过对三个叶轮含沙量从０～８８ｋｇ／ｍ３的大量浑水试验，分析其水力性能曲线的变化规律，讨论了离心泵抽送含沙水流时的扬程、效率和流量之间的变化关系；分析了含沙量对离心泵能量特性的影响．为抽送含沙水流离心泵的设计和工作性能的预测提供了依据．     

电动潜油离心泵中气液两相混合物的流动分析

分析了气液两相混合物在电动潜油离心泵叶轮流道内的流动状况，揭示了叶轮内和出口处气液两相的相对滑动和分离现象，给出了气液两相的相对滑动系数与叶轮结构和工况参数的关系式．对于正确设计和选用电动潜油离心泵有一定的理论和实用意义．     

液压电机泵中浸油电机的负载效应

提出一种电机内嵌叶片泵的液压电机泵结构,液压叶片泵的泵芯插装在电机转子的内部空间,电机转子内部还设置一个孔板离心泵以增强叶片泵的吸油能力,利用电机内部的油流对电机进行冷却,具有结构紧凑、噪声低、效率较高、无外泄漏等优点.由于液压油具有黏性且电机气隙较小,工作时气隙油膜受到剪切作用会产生负载效应,采用环形缝隙黏性流动模型和电磁场有限元分析方法,对电机气隙及油液黏度对电机泵效率的影响进行解析.研究结果表明,气隙适当增大时,可以提高电机泵的效率,有利于电机和液压泵的集成.     

泵及泵用作透平时的数值模拟与外特性实验

针对泵及泵用作透平时的内部流动规律等问题展开了研究,并建立了一种开式泵用作透平时的实验台,同时对一单级单吸离心泵的正反工况进行了外特性实验研究,从而得到了相应比转速的泵在正反工况下的外特性曲线,进而验证了泵在反运转时可用作透平且具有较高的效率.采用全流场和结构化网格技术对泵及泵用作透平时进行了数值计算,计算结果与实验结果吻合良好;对泵及泵用作透平时的内部速度场和压力场进行了分析.     

叶轮出口宽度对离心泵流动诱导振动噪声的影响

为研究叶轮出口宽度对离心泵流动诱导振动噪声的影响,以一台单级单吸离心泵为研究对象,保持泵体和叶轮其他几何参数不变,将叶轮出口宽度b2从10mm分别改为6,8和12mm．在离心泵闭式实验台上测量了不同出口宽度模型泵在全流量范围内的振动和噪声信号,并对信号进行处理和分析．实验结果表明：模型泵流动诱导的振动对泵体的影响最大,随着叶轮出口宽度的增加,模型泵4个测点的振动强度大致呈先增加后降低的趋势,当b2=8mm时,模型泵的振动强度最大;在不同流量工况下,模型泵噪声信号随叶轮出口宽度的增加其轴频峰值变化规律复杂,b2=10mm的模型泵各工况下噪声信号的轴频峰值相对较小,且在设计工况下达到最小值．     

低强度旋流气浮处理含油污水实验研究

低强度旋流气浮技术是基于弱离心力场的非常规气浮技术,利用离心力强化油滴与气泡的碰撞、黏附,可提高浮选效率。为了优化低强度旋流气浮的浮选性能,研究旋流强度、含油量、回流比和气泡注入方式(顺流、逆流)对浮选性能的影响。结果表明:旋流场处于低雷诺数湍流运动时,气泡与油滴能高效地完成碰撞、黏附、浮升,同时可避免湍流对气泡-油滴聚合体稳定性的破坏;低强度旋流浮选时,气浮筒对水力波动的适用能力强,且能有效地处理低含油量污水;气浮筒在顺流或逆流时具有不同的最优浮选区间,当入口旋流强度为17.0 g(顺流)或13.0 g(逆流)时,浮选效果最佳,当含油量为500 mg/L,回流比为20%~35%(顺流)或30%~35%(逆流)时,除油效率不低于75%。     

离心泵吸水室内气液两相流动试验及数值模拟

为了研究离心泵输送气液两相介质时吸水室内的流动规律,对透明模型离心泵进行了试验研究;同时基于Eulerian Eulerian非均相流模型,对离心泵内气液两相流动进行了数值模拟,采用试验验证过的数值计算模型分析了吸水室内的两相流动,揭示了吸水室内流型的变化规律,建立了流型与泵外特性之间的关系。研究结果表明：吸水室内最多可能出现8种流型,但在某一转速下,最多只会出现6种流型;气体螺旋长度随液体流量的增大而减短,随转速的增大而增长;螺旋流的出现极大地增大了吸水室内的湍流强度,降低了泵的稳定性;吸水室内流型为稳态螺旋泡状流时,泵的扬程较大,离心泵效率最高时,吸水室内流型为稳态非螺旋泡状流或脉动非螺旋泡状流。     

螺旋离心泵叶轮中三维势流的边界元法

首先讨论了边界的离散单元、边界积分方程的离散方法和边界条件的给定,然后给出了计算实例,并把数值分析所预测的扬程与试验结果相比较,说明边界元法能较好地计算出螺旋离心泵叶轮中的流场。