变螺距诱导轮出口角对氢泵流场及性能的影响

为了研究变螺距诱导轮出口角对氢泵流场及性能的影响,以某型液体火箭发动机带变螺距诱导轮的氢泵作为研究对象,选取3种诱导轮出口角（轮缘）,分别为12°、14°和16°,采用数值仿真的方法分析了不同诱导轮出口角对氢泵流场分布、水力性能和汽蚀性能的影响,并且进行试验验证。结果表明：适当增大诱导轮出口角,可以改善诱导轮出口的流场分布;在一定范围内增大诱导轮出口角,氢泵不同流量点的扬程和总效率都会获得提升,但是继续增大出口角到16°时,氢泵扬程提升效果减弱,且总效率有所下降;随着诱导轮出口角增大,氢泵的汽蚀性能先提升后降低。     

引射吸水室离心泵的数值模拟与实验

为了提高离心泵的汽蚀性能,基于喷射原理,以IS100-80-160离心泵为研究对象,通过设计不同喷射管数及引流管径的引射吸水室,采用RNG k-ε湍流模型对离心泵内部流场进行数值模拟。为了验证数值计算结果的准确性,通过离心泵闭式性能实验台对带有不同引射吸水室结构的模型泵进行性能实验。研究结果表明:随着喷射管数的增多,泵汽蚀余量先减小后增大,扬程和效率略有下降,当8个喷射管均布时,引射吸水室的增压效果最好,泵汽蚀性能改善效果显著;随着引流管径的增大,泵汽蚀余量先减小后增大,当引流管径为17 mm时泵汽蚀余量最小,扬程和效率与引流管径成反向变化趋势;实验结果与数值计算结果具有较好的一致性,泵汽蚀余量的最大差值为0.19 m。     

引射吸水室对离心泵性能的影响

以IS100-80-160离心泵为模型载体,提出一种引射吸水室离心泵。基于RNG k-ε湍流模型对不同引射参数下离心泵内部流场进行数值模拟,研究引射口直径和引射角度对离心泵汽蚀及水力性能的综合影响,并对数值计算模型进行实验验证。研究结果表明:在设计工况下,随着引射口直径的增大,泵汽蚀余量先减小后增大,扬程和效率略有下降;当引射口直径为3 mm时,引射吸水室的增压效果最好,泵汽蚀性能最佳;随着引射角度的增大,泵汽蚀余量逐渐增大,扬程和效率略微下降,合理的引射角度为15°~30°;实验与数值模拟结果的变化趋势相吻合,验证了数值模拟的准确性。     

离心泵汽蚀过渡过程瞬态特性分析

为了对离心泵汽蚀过渡过程的瞬态水力特性进行分析,采用全汽蚀模型且不考虑水中溶解性气体对汽蚀的影响,再通过计算流体力学软件CFX对离心泵叶轮流道内汽蚀过渡过程进行了数值模拟计算,并与试验结果进行了对比.结果表明:数值模拟结果与试验结果的变化趋势基本一致,汽蚀过渡过程中叶片背面气体体积分数随汽蚀余量的降低而逐渐增大,当叶片工作面的气体体积分数大于0时,汽泡相开始堵塞叶轮流道,进而影响叶轮内部能量的交换和传递;汽蚀引起的旋涡使得叶轮流道内的速度出现无规律波动,从而造成靠近旋涡区和叶片工作面通道内的速度和载荷增大;扬程在随汽蚀余量的降低而缓慢降至一定程度后再次急剧下降,不同工况下扬程波动的幅度有所不同,小流量时扬程波动幅度最大.     

浮动叶轮轴向位移量对泵水力性能的影响

为了研究浮动叶轮轴向位移量对泵性能和叶轮轴向力的影响规律,将IS80-50-315型离心泵的叶轮向后泵腔方向轴向移动0、2、4、6、8mm,进行泵的性能和平衡腔内液体压力的测试.试验表明,在不同工况下,随着叶轮轴向位移的增大,泵的扬程、效率是降低的,轴功率是增大的;在设计工况下,泵的扬程和效率在轴向位移为4 mm较0mm分别降低了1.19%和1.84%,当轴向位移大于4mm时,随着叶轮轴向位移的再增大,泵的扬程、效率有所回升.试验结果验证了浮动叶轮轴向位移能调节平衡腔液体压力,改变泵轴向力特性.     

进水均匀性对大型轴流泵装置空化特性的影响

针对肘形进水流道对大型轴流泵装置空化特性的影响,从进口速度三角形理论出发,推导泵汽蚀余量与进口速度均匀性之间的关系.采用CFD技术对大型轴流泵外特性曲线进行模拟,与试验结果进行比较,结果表明:在设计工况下,扬程误差为3.58%,效率误差为3.31%.并对泵装置性能和空化特性进行预测,受肘形进水流态的影响泵装置进口速度均匀度变差,致使其扬程下降了7.83%,汽蚀余量增大了12.04%;通过比较进口速度均匀性,发现在叶轮进口截面处进口来流并没有垂直均匀地进入叶轮内部,而是与轴向流线成一定角度,且泵装置空化时来流速度加权平均角θ最大;将θ带入推导公式,发现泵装置的汽蚀余量误差能得到减小,且小于5%,达到工程应用要求.     

入口非均匀流对核主泵性能影响研究

CAP1400反应堆冷却剂系统中蒸汽发生器下封头和核主泵直接连接,使蒸汽发生器下封头出口接管的流场变得不均匀.为探究非均匀入流条件对核主泵性能的影响,对核主泵叶轮和蒸汽发生器下封头进行联合简化建模,采用CFD方法数值计算泵的能量、水动力以及空化性能,并与均匀入流下的仿真结果进行比较.计算结果表明:在0.7Q_0~1.2Q_0工况范围内,进口的不均匀流动导致泵的扬程下降1.8%~5.1%,叶轮扭矩下降1.9%~6.4%,而效率没有发生明显的变化;非均匀入流下扬程的降低使叶轮所受轴向力有所减小,但径向力显著增大.空化发生时,泵的临界空化余量增大,抗空化性能降低,空化区域出现明显的不对称.     

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.     

型线变化规律对诱导轮性能影响的仿真分析及应用

为了准确地研究型线变化规律对诱导轮性能的影响,采用4种典型的型线变化规律分别设计了四台变螺距诱导轮,分析了型线变化规律对诱导轮的能量特性和空化特性的影响,并给出了诱导轮设计过程中型线变化规律的选择依据。通过仿真分析研究了空化发生过程中,气泡在诱导轮压力面和吸力面间的生长分布情况,捕捉到了在NPSHa不断下降过程中,空泡在叶片间发生、蔓延及阻塞等特征,并通过切割诱导轮流道,研究了诱导轮进出口流道能量变化过程。最终,根据设计要求,对一台离心泵进行了诱导轮设计,试验结果表明:离心泵的空化性能得到明显的改善,配置诱导轮后泵机组必需空化余量约为0.414m。     

基于正交试验的离心泵空化性能优化设计

针对当前离心泵在使用过程中抗空化性能差的问题,在现有IH80-50-250型化工离心泵的基础上,建立以泵汽蚀余量为目标函数的优化数学模型,采用正交试验对离心泵进行优化设计。基于L_(16)(4~5)正交表,选取叶轮进口直径、叶轮出口直径、叶片进口安放角、叶片出口安放角和叶片包角5个参数制定出16组正交试验方案。使用计算流体动力学技术对16组离心泵模型进行流场模拟,采用极差分析得到各参数对优化指标的影响顺序,并获得一组最优方案。采用Pump Linx软件模拟得到原型泵与优化泵在不同工况下的泵汽蚀余量以及在额定转速下离心泵的蒸汽质量分数,对比结果表明,优化泵的泵汽蚀余量和蒸汽质量分数分别降低了28.87%和21.02%,提高了离心泵的抗空化能力,验证了正交试验方法的可行性和准确性,为离心泵的优化设计提供了参考。     

离心泵输送清水和含沙水时滑移系数的变化

应用Fluent软件对离心泵进行清水和含沙水的数值模拟,分析离心泵在输送清水和含沙水时的滑移系数变化.结果表明:滑移系数的变化与扬程有关;泵在输送清水和含沙水时滑移系数差异较大,且滑移系数随流量的增大而迅速减小;含沙水体积分数较小时,滑移系数随粒径的增大而增大,扬程也伴随升高;体积分数增大,滑移系数随着沙粒粒径的增大而减小,随着体积分数的增大而递减剧烈,扬程随之降低.     

渤中34-1油田原油外输泵选型

外输泵合理选型对海上原油处理及外输系统至关重要。结合渤中34-1油田调整及油田总图,通过应用HYSYS软件及方程计算,并对外输泵的流量、扬程及汽蚀余量等参数进行优选,同时通过对外输泵结构形式的对比分析,得出中分式多级离心泵更适合海上应用。     

离心泵发生气蚀的原因及对策

离心泵在检修时，经常发现在叶片入口边靠近前盖板处和叶片入口边缘附近有许多麻点和蜂窝状凹坑或严重地破坏原有结构，甚至有的叶片和盖板被穿透的现象。这就是由于汽蚀所引起的破坏，汽蚀现象产生时，泵将产生噪音和振动，使泵的扬程、流量、效率的性能急剧下降，同时加速了材料的损坏，缩短了机件的使用寿命，因此，必须提高泵的抗汽蚀现象。本文分析了离心泵汽蚀现象产生的原因，从离心泵发生汽蚀原因中找出抗汽蚀性能的方法。     

叶轮切割方式对IS 100-65-200型离心泵性能的影响

采用Fluent软件在双参考坐标系下,利用有限体积法对雷诺时均Navier Stokes方程进行数值离散,选用标准κ-ε湍流模型,SIMPLEC方法求解,对IS 100-65-200型离心泵在不同叶轮切割方式下的内部流场进行了叶轮和蜗壳的耦合数值模拟.根据数值模拟结果预测IS 100-65-200型离心泵的性能,并分析不同叶轮切割方式对泵内部流场的影响.结果表明:泵的扬程、轴功率和效率受切割方式的影响明显,相同切割量下,随着切割角度的增加,扬程先升高后降低,切割角度θ在0°～ 20°的范围内扬程达到最高；轴功率先升高后降低,θ在20°左右时达到最高.反向斜切达到的最高效率和扬程明显高于正切和正向斜切,正向斜切达到的最高轴功率明显高于反向斜切和正切.内部流场分析表明:在相同外特性下,反向斜切时叶轮内低压区面积小于正切和正向斜切,提高了泵的性能,同时,反向斜切减小了隔舌处的回流,提高了泵的效率.不同切割方式下,切割前后叶轮出口相应位置处速度三角形并不相似.考虑切割角度的大小,对现有切割公式进行了修正和验证.     

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.     

轴流泵空化流及其诱导压力脉动的数值模拟

基于改进的空化模型和SSTk-ω湍流模型,对轴流泵的流量-扬程曲线、空化特性及其诱导非定常空化压力脉动进行了数值模拟和分析.数值模拟结果表明:设计工况下的扬程、效率和必需空化余量预测误差分别为3.41%,4.10%和6.32%,获得了较高的预测精度;轴流泵叶轮空泡主要分布在叶片背面进口10%~30%区域,从轮缘到轮毂叶片空化区域逐渐减小;轴流泵叶轮出口在空化条件下的压力脉动的主频仍为叶频,谐频为叶频的倍数.叶轮出口受到叶轮外缘严重空化流的影响,在临界空化余量工况下,靠近轮缘处的空化压力脉动幅值是轮毂侧4倍左右;在导叶出口处两者差异逐渐减小,轮缘处的幅值比轮毂处仅大40%左右.随着空化余量不断降低,叶轮内空化趋于严重时,空泡发生区的压力脉动幅值显著增大;但在叶轮进口处,由于空化流向叶轮下游发展,叶轮上游流场受到空化的影响较小,在不同空化余量下压力脉动幅值变化较小.     

叶片型线对离心黏油泵性能的影响

针对目前离心油泵的叶片绘型未考虑黏度因素影响的情况,采用FLUENT6.1软件通过数值计算方法研究泵送温度下运动黏度为1、24、60mm2/s 3种黏度的介质在包角分别为90°、110°、130°3种叶片型线对离心泵性能的影响.结果表明:随着叶片包角增大,扬程-流量曲线变得陡峭,相同流量下,泵扬程降低,且此特性与介质黏度无关;设计工况下,130°包角泵输水时的效率最高,而110°包角泵在最优工况下输黏油时效率最高;采用不同黏度的介质时,离心泵内部压力和速度分布与采用清水介质得到的规律基本一致.     

气液分离室结构对自吸泵水力性能的影响

自吸泵是一种应用广泛的特殊离心泵,其水力性能相比同比转速下的离心泵较低,本文通过改变自吸泵气液分离室两侧的形状来提高其水力性能.基于CFD软件Fluent,采用k-ε湍流模型,对改型设计前后的外混式自吸泵进行了全流场数值模拟.模拟结果表明:经过改型设计,泵的扬程和效率均得到提高;泵腔内的流线平稳整齐,流场得到改善,液体介质流动阻力减小;泵腔内液体介质流动湍动能耗散率减小,紊乱程度降低,能量损耗减少.     

基于CFD的船用离心泵口环磨损故障研究

为了研究发生口环磨损故障时船用泵的运行特性,以一台比转速为66.7的船用离心泵为研究对象,基于CFD研究了不同口环磨损情况下船用离心泵外特性、内部流场和叶轮表面径向力的变化规律.研究方案为前口环磨损(磨损量为f)、后口环磨损(磨损量为b)和前后口环同时磨损(磨损量为t)三种.结果表明:采用的数值模拟方法可靠;当口环磨损故障发生时,泵的扬程和效率均有所下降,磨损量f,b和t均为0.9mm时,泵扬程分别下降4.84%,1.07%和7.24%,效率分别下降11.74,6.51和16.25个百分点;前口环磨损对于泵性能的影响要大于后口环磨损,并且该模型泵对口环磨损量的敏感范围在0.0~0.6mm之间;三种方案的磨损量变化对泵内部静压影响顺序为t>f>b;口环磨损后,叶轮表面径向力减小,前后口环同时磨损时下降最大.研究结果可为船用离心泵故障监测及诊断提供依据.     

JW200-100-315型离心泵诱导轮设计

为了提高设计精度及效率,缩短设计周期,在AutoCAD 2008平台上,成功开发了诱导轮水力设计的参数化CAD软件,并结合2维水力设计软件产生的数据,在Pro/E平台上成功开发了诱导轮3维造型软件.运用所开发的软件,进行了诱导轮设计,并对泵及诱导轮的气蚀性能进行了定常数值计算,得到了气蚀发生时泵及诱导轮内部气液两相分布规律,对临界气蚀余量下泵叶轮及诱导轮叶片表面的压力分布进行了分析,并对不同气蚀余量下泵叶轮以及诱导轮内部的空泡分布规律进行了探讨.试验验证表明：加装诱导轮后泵气蚀余量小于0.55m,满足设计要求.