电潜泵叶轮冲蚀磨损的数值模拟及验证

针对同井采注水中电潜泵叶轮出现的冲蚀磨损问题,采用RNG k − e湍流模型和离散相模型,实现对冲蚀磨损的数值模拟。通过对不同粒径和转速条件下叶轮的冲蚀磨损进行分析,得到了冲蚀磨损规律和磨损机理。研究结果表明,叶片凹面中心是最严重的冲蚀磨损区域;转速和砂粒粒径增大都会加剧冲蚀磨损,逐步使冲蚀磨损较严重的区域由凹面中部的一点逐步扩展到整个凹面;0.07 mm 是冲蚀磨损迅速增强的临界点;数值模拟结果与验证结果吻合较好。因此,利用CFD 预测潜油电泵叶轮的冲蚀磨损是可行的。     

含沙水下单级双吸离心泵叶片磨损特性分析

为了研究含沙水下单级双吸离心泵叶轮的磨损规律,采用比转速相等原则,用相似换算法将AABS150-365原型泵转换为模型泵.基于Mixture多相流模型和标准k-ε湍流模型,并结合SIMPLEC算法,在清水介质和固液两相流介质条件下对模型泵内部流动进行全流道三维定常数值模拟,分析在不同的初始固相体积分数和粒径下,叶片工作面和背面的固相相对速度和固相浓度的变化情况,并对叶轮的磨损量进行计算.通过对输送清水介质时泵外特性试验数据与数值模拟结果的对比,间接的验证了数值计算方法的可靠性.研究表明,随着粒径和固相体积分数的增大,叶片背面的固相相对速度和固相浓度较工作面高,从前盖板到后盖板固相相对速度和固相浓度是逐渐增高的;叶轮主要磨损部位在叶片背面的中后部,尤其是出口处.该研究对于分析叶轮磨损机理和优化叶轮设计来预防磨损有一定的参考价值.     

深海采矿矿浆泵内颗粒流动规律的数值模拟

针对深海采矿输送系统中矿浆泵易磨损等问题,采用RNGκ-ε湍流模型求解矿浆泵内的清水流场,并与试验结果进行对比验证模拟结果的准确性;在此基础上运用离散相模型模拟颗粒流动轨迹,研究转速、流量和颗粒粒径对矿浆泵冲蚀磨损特性的影响。研究结果表明:转速越高,颗粒与过流部件壁面发生冲击的概率增大,冲击速度大幅度升高,加剧过流部件磨损;流量越大,颗粒冲击叶片压力面的位置逐渐移向叶片头部,冲击角度随之增大,颗粒出流角越大,易与导叶吸力面头部发生冲击,流动愈紊乱;小粒径颗粒未与叶轮发生冲击,但冲击空间导叶的速度较大,对空间导叶的磨损较叶轮更严重;大粒径颗粒对叶轮和空间导叶的磨损程度差别不大,更符合等寿命设计原则。     

电动潜油离心泵叶轮冲蚀磨损研究

针对油田特高含水阶段电动潜油离心泵叶轮冲蚀磨损问题,采用RNG k-ε湍流模型和离散相模型并利用SIMPLEC算法进行求解,实现对电潜泵冲蚀磨损的数值模拟,并研究工况参数和叶片结构参数对电潜泵叶轮冲蚀磨损的影响。结果表明:叶轮叶片吸力面是叶轮冲蚀磨损严重区域;随着砂粒浓度的升高及叶轮转速的提高,叶轮磨损速率增大;随着粒径及出口安放角的增加,叶轮磨损速率先升高后降低;叶轮平均磨损率随着进口安放角的增加而降低。     

泥沙颗粒直径及体积分数对高比转速离心泵的影响

基于小粒径固液两相流在高比转速离心泵内运动比较复杂的情况,以黄河含沙水为工作介质,采用改变颗粒直径和含沙水颗粒体积分数的方法,借助Mixture多相流模型扩展的标准k-ε湍流方程与simple算法,应用CFD软件对小粒径颗粒在高比转速离心泵内的流动进行数值模拟.通过内流场的速度、压力与颗粒分布,分析粒径大小对泵内固体颗粒运动的影响和进口固相初始体积分数对泵内压力和固相分布的影响,给出离心式泵叶轮的磨损特性.计算结果表明,相同的泥沙体积分数条件下,水泵的扬程随着颗粒直径的增大而下降,相同的泥沙颗粒直径条件下,水泵的扬程随着含沙水流中泥沙体积分数的增大而下降.     

叶片圆盘泵固液两相流动规律数值模拟

为研究叶片圆盘泵内流动规律,将叶片圆盘泵叶轮分为无叶区和叶片区,采用多重参考坐标系法模拟叶轮在泵体内的转动.采用Eulerian多相流模型、RNG k-ε湍流模型与SIMPLEC算法,利用Fluent软件对叶片圆盘泵内固液两相湍流进行数值模拟.在水力性能试验验证的基础上,得到叶轮无叶区和叶片区内压力和速度变化规律,以及固相体积分数分布规律.结果表明:旋流是叶轮无叶区内主要流动方式,无叶区内较大部分是低压区,存在叶片区高能流体流向无叶区的轴向流动;固相颗粒大部分集中于无叶区,叶片区颗粒浓度最高是在叶轮出口叶片工作面靠近无叶区处.分析认为大部分固体颗粒直接从无叶区排出而不经过叶轮叶片区是叶片圆盘泵具有良好固相通流能力而又对叶轮磨损较小的原因.     

基于离散相模型的电潜泵叶轮磨损数值计算

基于离散相模型结合弹塑性压痕破裂理论对电潜泵叶轮磨损进行数值计算研究,对不同工况下的叶轮磨损进行分析,得到电潜泵叶轮的磨损规律,运用三坐标测量机对实际工作的电潜泵叶轮中存在的磨损情况进行测量,以实现对数值模拟结果的验证。结果表明:叶轮磨损加剧的颗粒粒径临界点是0.06~0.08 mm;磨损最严重的区域位于叶片凹面;转速、颗粒粒径增大均会加剧冲蚀磨损,导致磨损严重的区域由凹面中部的几个零散点向整个面扩展;数值模拟结果与验证结果吻合较好。     

含沙水流中粒径对离心泵叶轮磨损特性影响的数值分析

采用雷诺时均N-S方程、RNG k-ε模型和相间耦合SIMPLE算法,以含沙水为介质,选用离散相模型和Finnie的塑性冲蚀磨损模型,运用冻结转子法,对一台200SH-9.3单级双吸离心泵内固液两相流动进行全三维数值模拟.获得不同粒径时叶片工作面、背面、轮缘内侧面及轮毂面磨损强度及固相体积分数的变化规律,并且对主要磨损部位的磨损深度进行预测.通过对比清水介质时泵外特性试验数据以及磨损试验数据与数值模拟结果,验证了数值计算方法的可靠性.结果表明:随着粒径的增大,叶片工作面、背面、轮缘内侧面和轮毂面的磨损强度增大;叶片工作面的主要磨损部位集中在进出口及靠近轮毂一侧,叶片背面主要磨损部位集中在进口及靠近轮毂一侧;叶轮主要磨损部位的磨损深度预测值与实际磨损结果基本一致.     

基于DDPM的螺旋离心泵磨蚀特性分析

应用雷诺涡黏模型、DDPM(density discrete phase model,稠密离散相模型)及颗粒直径Rosin-Rammler分布方法,以黄河含沙水为介质,对一台100LN-7型螺旋离心泵内固液两相流动进行全三维数值模拟,并与基于Mixture混合多项流模型的泵内两相流动数值模拟结果进行对比分析,得到不同粒径和固相体积分数对应的泵过流部件的磨蚀规律及磨蚀强度.结果表明:颗粒混合状态不同会形成不同的粒径分布,混合粒径中平均粒径增大导致叶片进口边及工作面轮缘线附近磨蚀强度增大,平均粒径为1mm时整台泵过流部件磨蚀率达到最大值,平均粒径继续增大磨蚀率反而降低;固相体积分数的增大使整台泵过流部件的磨蚀强度显著提高,叶片背面较其他部位磨蚀强度大;Mixture模型下固相体积分数较高部位与稠密离散相模型下颗粒磨蚀部位相对应,局部区域存在较高体积分数的固相颗粒增加了过流部件表面发生磨蚀的几率,但DDPM模型数值模拟表明只有部分颗粒参与局部区域的塑性磨蚀.     

背叶片对固液两相螺旋离心泵轴向力与流场的影响

基于相对坐标系下的雷诺时均N-S方程和RNG湍流模型,采用非结构化混合网格技术和SIMPLEC算法,对带有叶轮背叶片的螺旋离心泵进行全三维数值模拟.通过改变叶轮背叶片数目和宽度设计出5种不同螺旋离心泵叶轮方案,并分别以清水和固液为介质,对各种方案下泵内流动进行全三维数值模拟,获得螺旋离心泵叶轮无背叶片和不同背叶片数目及宽度下流场及轴向力变化趋势和规律.结果表明:清水介质以及不同固相颗粒体积分数下轴向力具有几乎一致的变化规律,且轴向力大小随固相颗粒体积分数的增大而增大.背叶片对叶轮轴向力大小和方向均有影响,背叶片数目、宽度对于平衡轴向力均存在最优值且对后腔及蜗壳内部流动有较大影响.背叶片对后腔间隙及蜗壳内固相颗粒体积分数分布及压力分布影响较大.背叶片消耗一定的轴功率,其宽度变化对轴功率影响较大,数目对轴功率的影响有最优值.     

多相介质诱发柱塞泵内部磨损

 为了突破油水煤浆作为替代燃料发展的瓶颈,解决油水煤浆替代柴油应用于柴油机和固体煤颗粒的存在加剧柱塞泵磨损问题,通过数值模拟和实验测试方法找出多相介质下诱发柱塞泵内部磨损的机制。采用VOF多相流动模型,对颗粒运动轨迹、颗粒与过流表面的相互碰撞过程、固液(煤、油)磨损进行了数值模拟,并试验测试分析。研究结果表明：离散相颗粒的性质(密度、粒径)、混合比例及柱塞运动速度对颗粒运动轨迹及壁面碰撞过程有重要的影响;大粒径、大密度的颗粒运动轨迹向柱塞泵壳体内侧偏移,与其撞击并反弹,易发生多次撞击,对柱塞泵壳体内侧磨损程度大;小颗粒易与柱塞偶件发生撞击,因柱塞偶件表面油膜颗粒一般与其发生一次撞击,冲蚀磨损相对弱些;凸轮速度直接影响柱塞运动速度,速度加剧内部磨损;混合燃料中固体颗粒的体积比增大,对柱塞偶件的磨损加剧,模拟结果与试验结果吻合。     

实验室砂尘颗粒冲蚀-腐蚀交替试验技术研究进展

 调研了砂尘环境、砂尘颗粒冲蚀相关的试验方法,着重对比砂尘流高速冲击试样方法的相同点和主要区别,确定了喷磨试验方法更适合开展压气机叶片、风扇叶片的冲蚀试验研究。冲蚀试验设计采用 GJB 241A-2010、GJB 242A-2018所示成分和粒度的砂尘,通过控制送砂速率和试验时间达到实际服役中压气机转子叶片、风扇叶片的砂尘作用量,当量发动机使用1年的砂尘冲刷环境。另外,采用砂尘颗粒冲蚀试验与GJB 150.11A-2009盐雾试验交替的方案更贴近实际环境。     

固-液两相流充填管道输送冲蚀磨损数值研究

 为探究充填管道在输送过程中的冲蚀磨损机理, 基于工程流体力学理论及颗粒输送力学模型, 引入离散颗粒轨道模型、塑性冲蚀磨损模型, 对某矿山复杂充填管路条件下浆体特性对管道冲蚀磨损影响进行研究。结果表明, 浆体流速、黏度以及颗粒尺寸对管道冲蚀磨损影响显著, 颗粒形状影响较弱。高流速下, 弯管磨损最为严重, 直管段磨损较轻且分布较为均匀, 流速降低, 主要磨损部位偏向弯管出口部位;弯管部位最大磨损值在15°~30°以及60°~75°之间;此外, 粒径较小时, 磨损严重程度随粒径增加而增大, 粒径达到600 μm 后, 最大磨损值随粒径增加呈现下降趋势。     

基于数值模拟的混流式血泵结构改进

轴流式血泵转速过高、离心式血泵易产生流动死区是造成血液损伤的重要原因,而混流式血泵能有效缓解转速过高及流动死区问题。基于此,采用计算流体力学方法对闭式叶轮混流式血泵进行了三维流场仿真,分别探究了不同叶片数和叶片厚度的混流式血泵的性能,分析了血泵流场特性及压力分布情况;基于溶血幂函数模型,通过拉格朗日粒子追踪法进行血泵的溶血性能预测,得到水力性能与溶血性能良好的血泵结构参数。结果表明,当叶片数为5、叶片厚度为0.8 mm时,扬程更接近预期设计目标,能够满足血泵供压需求;溶血指数比原模型降低14.65%,有效降低溶血程度;内部流场均匀稳定,未出现回流、流动死区问题,有效防止血栓产生;叶片进口处低压区域减少,有效缓解空化现象产生。研究结果可为闭式叶轮混流式血泵的结构改进及性能改善提供依据。     

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。     

静叶斜置对高参数汽轮机再热后第一级叶栅冲蚀的影响

在高温、高速加速冲蚀试验结果所建立的叶栅材料冲蚀率模型和粒子反弹模型的基础上,利用三维数值计算法模拟、分析了静叶斜置对超临界及超超临界汽轮机再热后第一级叶栅冲蚀特性的影响.结果表明:再热后第一级静叶斜置角度为30°时,静叶压力面最大冲蚀失重减小了约30％,吸力面尾缘的冲蚀破坏明显减轻,级效率仅下降0.1％;进一步增大斜置角度,再热后第一级叶栅抗磨性能提升并不明显,级效率下降了1％;减小斜置角度会使静叶压力面最大冲蚀失重增加23％,叶栅抗磨性能显著降低.该研究结果可为减轻再热后第一级叶栅的冲蚀破坏提供技术依据.     

图像探针测量汽轮机湿蒸汽二次水滴参数方法研究

汽轮机中二次水滴粒径大,容易造成叶片水蚀,降低汽轮机效率.但由于其数量少,测量困难,加大了研究的难度.在众多测量方法中,图像法具有同时测量二次水滴粒径、速度、方向和湿度等参数的优点.采用图像探针测量二次水滴,利用镜头参数确定测量区,提出根据水滴图像的模糊程度来确定该水滴是否处于测量区内,处理测量区内二次水滴,得到其粒度、速度和湿度等参数.通过实验室研究,得出模糊程度和颗粒的关系,并经过湿蒸汽模拟实验,计算出喷雾水滴的粒度和体积浓度,验证了该处理方法的有效性,为二次水滴的测量提供了一种新的思路.     

杂质泵叶轮中固体颗粒运动规律的实验

利用高速摄影对杂质泵离心叶轮内固体颗粒的运动规律进行了试验研究。试 验中采用多种方案进行了比较，分析得出：颗粒的密度和粒径越大，颗粒运动会越趋于 叶片工作面。试验数据的统计结果为叶轮叶片设计参数的选择提供了基础。