低扬程水泵装置水力特性参数换算研究综述

通过对低扬程泵装置水力特性参数换算方法及性能预测的机理进行理论分析研究,建立低扬程泵装置水力特性参数换算方法及性能预测本构模型.根据泵内机械摩擦损失、水力摩擦损失、非设计工况“撞击损失”、泵内泄漏损失、不同结构型式进出水流道水力损失机理,建立各分部效率乘积形式的水泵总效率表达式;通过与各种损失性质相关的分部效率计算系数的换算实现泵分部效率及总效率的换算.用计算流体动力学从理论上计算出泵装置内各部分损失与流道型式、雷诺数、比转数、过流部件粗糙度之间的关系,为效率换算及性能预测提供依据.     

户用沼液泵水力设计及性能预测

为解决农村沼气池沼渣沼液清除难的问题,设计了户用沼液泵.通过对沼液泵工作介质的分析,确定各过流部件的结构形式,并对过流部件进行水力设计.在叶轮水力设计过程中,对于无法形成光滑内流道的问题给出具体、有效的解决方法,并通过三维造型进行校核,保证了水力设计的合理性.最后对沼液泵在不同工况下进行全流场数值分析计算,预测其性能.     

锅炉给水泵进水端内流场分析以及导流段优化研究

通过对某型600 MW电站锅炉给水泵进水端流场部分建立三维模型。在ANSYS12.0平台上采用CFX模块数值计算。研究结果表明:原型进水端出口处速度分布较不均匀,提出采用改变导流段分布和调整导流段角度这两种方式提升进水端水力性能。其中,采用调整导流段角度的方式进行优化设计在很大程度上提高出口处速度均匀性,从而提高泵体的整体水力性能。     

变频装置在新区热电站的节能应用

随着高压变频技术日益成熟，投资日益降低，在电站领域逐渐推广应用。天津碱厂新区热电站锅炉给水泵中的高压给水泵、次高压给水泵、中压给水泵分别配制了1套高压变频装置。通过实例就其节能应用进行了阐述，对经济性进行了分析。     

水力机械中含沙水流的两流体数学模型

针对含沙水流的特性和水力机械过流部件内流动的特点 ,从最基本的守恒原理质量守恒和动量守恒原理出发 ,根据两相流动的连续介质理论 ,在分析了相间作用力的基础上 ,建立了固液两相流动的两流体数学模型 .得出了水力机械中含沙水流流动的一种控制方程 ,以此控制方程 ,在其特定的边界条件下可以模拟水力机械各过流部件的流场 .     

离心泵水力损失的计算

分析了当前离心泵水力损失计算方法中存在的主要问题.合理划分了离心泵各过流部件内水力损失的类型并分别建立了离心泵吸入室、叶轮和蜗壳内水力损失的计算模型.通过对大量优秀离心泵的实际计算和理论分析,采用回归分析的方法,按比转数、流量和转速分类,以比转数为自变量的形式给出了离心泵各损失系数的数学表达式.实例计算表明,该模型的计算结果准确可靠且适用范围广泛.     

叶轮进口几何参数对离心泵空化性能的影响

对一个低比转速(ns=86m·m3·s-1·min-1)离心式锅炉给水泵进行了空化性能实验.为了与实验对比,在泵最佳效率点附近,基于标准k-ε模型和VOF空化模型进行了泵内全流道的三维空化湍流计算.结果表明数值模拟能较好地预测泵的平均空化性能.为改善锅炉给水泵内的空化性能,在实验泵已有叶轮的基础上,采用延长叶轮进口及加大叶片安放角的措施设计了5种新叶轮,并以这些新叶轮替代原叶轮进行了泵内全流道的空化流计算.结果表明,适当延伸叶轮叶片的进口位置及加大叶片进口角均可较明显地改善离心泵的空化性能.进一步的流场分析显示,保证叶轮进口的流动均匀性是离心泵空化性能得到改善的重要原因.     

基于VOF模型的抽水蓄能电站全过流系统水轮机工况数值模拟

为了更加全面地分析抽水蓄能电站水轮机工况的流动特性,建立包括引水隧洞、调压井、高压管道、水泵水轮机以及尾水隧洞的全过流系统几何模型,采用两相流VOF模型对不同导叶开度的水轮机工况进行三维湍流数值模拟,计算各过流部件的水力损失,并详细分析了机组段流场。结果表明:抽水蓄能电站的水力损失主要发生在机组段,而输水系统的水力损失相对较小,约占总水力损失的18.6％;导叶开度不同从而引起叶片压力面与吸力面的压力差不同,这是导致转轮水力损失不同的主要原因;尾水管内的流态与导叶开度有关,开度越小,在尾水管进口处越容易形成回流,水力损失越大。      

考虑给水泄漏的锅炉升负荷仿真及其可靠性

针对常规蒸汽动力系统在锅炉升负荷过程中,由于给水卸载管路泄漏导致的锅炉失水和泵汽蚀问题,采用基于残差修正的差异演化算法辨识获得增压泵和给水泵各级叶轮的扬程-流量-转速模型,采用机理建模方法建立给水系统管路和阀门的流量-阻力模型、工质参数计算模型以及给水卸载调节阀的性能退化模型.在此基础上,对锅炉升负荷过程进行了仿真研究,获得了给水系统主要参数在不同给水卸载流量下的变化情况,发现给水卸载管路调节阀的性能退化是导致锅炉升负荷过程中锅炉失水和泵汽蚀的主要原因之一.为进一步明确给水系统的性能可靠性随工作时间的退化规律,采用数学模型与Monte Carlo随机抽样的联合仿真方法,对某型船用给水系统在锅炉升负荷过程的性能可靠性进行了仿真研究,获得了该型锅炉在总体性能可靠度变化和给水卸载管路调节阀的性能可靠寿命.研究成果揭示了一种蒸汽动力系统特有故障的故障机制及其退化规律,具有一定的理论创新和工程应用价值.     

水力机械过流部件的联合作用

利用有限单元法给出水轮机和水泵中相邻过流部件联合作用的解法.计算针对绝对流场进行.给出了绝对流场中运动叶栅边界条件的引入方法.解法适用于过流部件间没有相对运动和有相对运动;部件所对应的叶栅是环列多列叶栅或直列多列叶栅等情况.为研究水力机械中部件之间的相互影响,以及与此有关的不稳定特性等提供一种手段.     

海水淡化轴向柱塞泵的虚拟样机技术研究

为了研制反渗透海水淡化用高压轴向柱塞泵,采用虚拟样机技术对其机械动力学和压力流量特性进行了预测.泵的三维几何模型基于结构设计得到：通过施加运动学约束和对关键零件进行进行柔性化处理建立了泵的机械模型;通过对泵内动态压力和流量分析得到了泵的流体模型;联合机械模型与流体模型建立了泵的虚拟样机模型.通过运行泵虚拟样机模型获得了主要零件的运动学和动力学规律、泵出口的动态流量和压力规律及关键零件的动态等效应力等数据,仿真结果表明：泵的主要性能达到了设计要求,关键零件具有较大的强度裕度,可以在更高的压力等级下运行.     

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。     

离心式燃油泵复合叶轮的数字化设计及验证

针对现有加油系统的燃油泵不足,采用复合长短叶轮对原有燃油泵进行改进.首先,采用数值模拟方法进行多次迭代设计,得到水力性能最优的复合叶轮模型.其次,对该模型进行了三维流场的数值模拟,分析其内部流动特性与外特性曲线.最后,根据优化设计结果生产试件,并进行试验验证.通过对比复合叶轮和原有叶轮的仿真及试验结果可知,复合叶轮的效率和扬程都高于普通形式的叶轮,特别是有效改善了小流量工况的稳定性,其有效运行区间由原先的1.3倍变流量工况增大到2倍变流量工况.该研究为其他航空高速宽工作区间燃油泵的优化设计提供了参考.     

变转速泵控系统建压过程中流量死区特性分析

为揭示泵控系统中液压泵在控制过程中出现流量死区的机理,针对泵控系统在启动和换向过程中必需重新建压的特点,考虑压差流与剪切流导致的液压泵内泄漏以及油液可压缩性,建立包含流量死区的液压泵数学模型.通过分析得到:液压泵流量死区的宽度随液压泵的出口容腔、负载压力、油温和启动加速度的增大而增大,随液压泵排量的增大而减小.为此,以齿轮泵为例建立Simulink-Amesim联合仿真模型,进一步研究不同负载压力、油温和启动加速度对流量死区宽度的影响,并验证理论分析结果.结果表明:液压泵流量死区宽度与负载压力和启动加速度均呈线性关系,与油温接近指数关系.     

叶片包角对离心泵流场及脉动特性的影响

针对离心泵非定常流动压力脉动特性,采用滑移网格的大涡模拟技术对叶片包角分别为95°,100°,105°,108°的4副叶轮进行数值模拟.分析了叶片包角对离心泵水力性能、叶轮出口"射流-尾迹"、测点压力脉动频谱特性和叶轮径向力的影响关系.结果表明:随着包角的增大,离心泵的水力性能下降;包角适当增大,会使叶轮射流-尾迹流动结构变弱.在设计工况下,蜗舌附近测点压力脉动最大;在蜗壳螺旋段压力脉动强度沿流动方向逐渐变弱,而在叶轮流道内压力脉动沿流动方向逐渐增强,在叶轮出口处达到最大;而离心泵叶轮所受径向力随着包角的增大而减小,适当地增大包角可以提高离心泵运行的可靠性.     

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。     

油液弹性模量对高压叶片泵性能的影响

输出流量均匀性和噪声等级是衡量泵性能的重要参数.从分析叶片工作腔压力变化出发,对泵的工作腔预升压过程进行了建模,计算出了预升压工作腔的压力、压力梯度及泵的瞬时流量随油液的体积弹性模量变化的曲线.结果表明,随着油液体积弹性模量的下降,泵的流量脉动及流体噪声均增大.在实际使用中可以通过充分去除油液中的气泡、减小配流气穴,提高油液体积弹性模量,减小流体噪声.     

基于分离涡模拟的核主泵水力性能非定常特性分析

为了研究核主泵在设计工况下水力性能的非定常变化特征,基于DDES湍流模型,对某型号核主泵进行全流场非定常数值计算,并结合Q准则捕捉的旋涡结构进行非定常特性分析.结果表明:在一个旋转周期内,受动静干涉作用,泵的瞬态外特性整体上具有不规律的周期性变化特征;叶轮与导叶流道内的旋涡结构会呈现出周期性分裂、融合的非定常现象,而压水室内旋涡结构则是发展与扩散的变化过程;导叶入口处不同时刻涡结构的变化会造成其不同程度的阻塞,从而引起出口压力的波动,造成泵的水力性能出现脉动效应,加剧泵的振动.     

基于EPANET的桐梓隧道反坡排水设计和分析

为提高桐梓隧道反坡排水系统管道水力计算精度,确定排水管道流速和节点水压力分布及水头损失,模拟不同类型水泵组合和排水方式,基于EPANET建立桐梓隧道反坡排水模型,通过控制管道流速和末端水压力,实现对整个排水系统的设备选型和动态模拟.结果表明:与常规计算方法相比,EPANET隧道反坡排水模型在水力计算时考虑了实际高程及局部水头损失,总水头损失计算准确度提高50％以上,设计流速与实际流速一致,并能得出管网系统动水压力分布.可见EPANET可以对不同水泵组合模拟抽水分析,为隧道反坡排水设备选型和水力计算提供参考.     

循环流化床锅炉动态模型与仿真

循环流化床 ( CFB)燃烧是一项高效、低污染的技术。建立了 CFB锅炉的动态数学模型。模型沿气体和固体的主要流动方向将流化床系统划分成连续的一系列小室 ,在每一小室内对各物质建立质量和能量的非稳态方程。同时 ,模型考虑了气固两相流动、煤颗粒燃烧、SOx、NOx 的生成与还原反应及受热面上的热传递。对一台 3 5 t/h CFB锅炉进行了动态仿真计算。计算结果表明 :该模型可以准确反映所仿真锅炉的动态特性。该模型可以预测锅炉特性 ,为设计和运行提供指导 ;可用于开发模拟培训仿真器 ;还可以为控制策略的选择和控制系统的设计提供指导