射流离心式自吸泵外场流体动力噪声特性分析

在非稳态湍流模型LES(大涡模拟)数值计算基础上,运用声学有限元及有限元声振耦合方法对Jet750G1型的射流离心式自吸泵外场流体动力噪声进行计算,分析三个典型工况下各过流部件诱发的外场噪声贡献和辐射特性.建立了流体动力噪声实验系统,用水听器测试泵出口处的噪声信息,结果表明:导叶偶极子声源对外场噪声的贡献最大;外场流体动力噪声在轴面上呈现明显的偶极子对称分布特性,泵体本身的结构特点使极小值出现在旋转轴方向;泵在非额定工况下运行的叶轮辐射声功率较额定工况明显提高,但定子部件辐射声功率随工况变化较小;泵体结构的固有频率和泵内流体的压力脉动相互作用是外场噪声产生的主要原因.     

非设计工况下叶轮进口附近的流动及其控制

对叶轮进口附近流动在偏离设计工况下的回流和汽蚀(空化)两大特性进行了系统的描述,阐述了它们的诱发机理及其对泵性能的影响.根据回流的诱发机理对诱导轮的作用进行了全面的分析,提出了控制回流发生的有效方法,从叶片进口流动这一角度完善了离心泵叶片设计理论.     

一种基于WENO格式的一维溃坝水流数值模拟研究

采用一维Saint-Venant方程组,应用WENO格式和Runge-Kutta时间离散的思想,进行溃坝水流的数值模拟,得出了水位和流速的沿程分布,并与理论解比较,发现数值解在间断波附近没有出现数值振荡,水位和流速数值解与理论解吻合较好,表明WENO格式是一种进行溃坝水流模拟的非常理想的差分格式.     

轴流泵叶片外缘修圆对泵性能的影响

为了改善轴流泵叶顶间隙的流动,减少其空化空蚀的发生,通过3种方案对轴流泵叶片外缘进行修圆角.利用计算流体动力学软件FLUENT对不同方案下的间隙流场进行数值摸拟研究,重点分析叶片修圆前后叶顶间隙流场的压力分布和速度分布规律.结果表明,修圆叶片压力面外缘有利于改善间隙流场的流动,可降低间隙空化空蚀的发生,而对泵的总体性能影响不大.     

液环真空泵吸排气段壳体型线耦合优化分析

采用直接自由曲面变形方法对液环真空泵吸排气段整个壳体型线进行参数化控制,运用响应面法建立壳体型线与进口真空度和效率的多参数回归模型,基于NSGA-Ⅱ算法进行液环真空泵性能的多目标优化,并对比分析优化模型与初始模型的内流场和外特性.结果表明:NSGA-Ⅱ多目标优化得到真空度最优模型的真空度提升了4.5%,效率最优模型的效率提高了1.3%;壳体型线的各个区域对液环真空泵的进口真空度和效率都有显著影响,但吸气段壳体型线对液环真空泵性能的影响明显大于排气段;在传统设计的基础上,适当增大吸气段壳体的径向尺寸有利于提升泵进口真空度,具有较小吸气区流道面积扩散比和排气区流道面积收缩率的壳体型线水力效率更高;压缩区径向尺寸较小的壳体型线有利于提升排气口压力,减少排气口回流,从而提升泵的效率.     

液环泵作真空泵与压缩机工况下的内流场及外特性分析

采用数值模拟和实验相结合的方法,对2BE型液环泵在真空泵与压缩机工况下的内流场及外特性进行对比分析.结果表明:相同的进出口压比时,压缩机体积流量小于真空泵体积流量,体积流量比和效率比均随着压比的增大而逐渐下降;真空泵和压缩机工况下内部的相态场、速度场和压力场分布规律基本一致;压缩机工况下的排气区和过渡区叶轮内旋涡二次流明显要强于真空泵工况下的,相同压比变化时压缩机工况下排气区内壁压力显著增大;液环泵壳体内壁压力的频域特性沿圆周方向存在明显的分区特征;真空泵工况下的各阶主频特性与压缩机工况下的完全一致;在各压比下,压缩机工况的泵壳体内壁压力脉动幅值整体大于真空泵工况的,随着压比的增大,压缩机工况下的排气区和过渡区壳体内壁压力脉动幅值明显增大.     

确定离心泵叶片包角的新方法

在叶片的进、出口安放角都已经确定的情况下,提出一种确定叶片包角的新方法.分别确定a、b、c三条流线的包角取值范围,求其取值范围的交集,根据不同轴面的安放角和叶片包角的关系确定叶片包角的具体取值.根据该方法进行叶轮设计得到叶轮的水力模型,通过模拟试验验证,证明新方法的可靠性和实用性.新方法可以确定叶片包角的具体取值,改变叶轮水力设计对叶片包角按经验取值的弊端,提高叶轮水力设计的效率.     

不同径向间隙对双蜗壳泵径向力影响的数值模拟

通过改变蜗壳基圆直径改变叶轮与隔舌之间的间隙,采用CFD软件Fluent对5种蜗壳基圆直径的双蜗壳离心泵作全流场计算.计算采用雷诺时均方程和RNGk-ε湍流模型,压力和速度耦合采用SIMPLEC算法.通过离心泵径向力的数学计算模型获得不同基圆直径离心泵叶轮所受的径向力大小,并对其进行比较分析.结果表明:相比于单蜗壳泵,双蜗壳结构泵能有效地减小径向力,在设计点运行时径向力最小且不为0,偏离设计工况下径向力逐渐增大,但不同工况下径向力的变化不大,验证了双蜗壳能有效地平衡径向力;不同基圆直径工况下,随着基圆直径的增大,叶轮所受的径向力大小先减小后增大,说明适当增大蜗壳基圆直径能减小作用在叶轮上的径向力,起到降低振动和噪音的作用,并使效率有所提高.同时针对蜗壳基圆直径为397mm的泵进行性能试验,与数值模拟结果对比分析表明数值模拟的方法可行.     

低比转速离心叶轮的POD代理模型优化方法

针对离心泵叶轮水力优化过程中须不断预估叶型控制参数扰动对内流场变化的敏感性、计算量随控制参数的维数呈指数倍增长等不足,提出了基于本征正交分解(POD)代理模型的低比转速离心叶轮优化方法.采用泰勒多项式对离心泵叶片型线进行参数化控制,由控制参数扰动得到叶片型线的初始样本集,由叶片型线参数及叶轮CFD内流场数据构建样本快照集.采用POD方法预测各控制参数扰动下的流场,由此预估目标函数对控制变量的敏感性,并沿梯度矢量方向不断优化更新叶片型线.分析结果表明:POD代理模型能够快速地对流场进行精确的预测,大大减少离心泵优化设计的计算量.     

低比转速离心泵加大系数的计算方法探讨

依据离心泵叶轮出口宽度、比转速的计算式推导得出了计算低比转速离心泵流量、扬程及比转速放大系数的计算公式,提出了建立在离心泵性能预测基础上的理论计算低比转速离心泵最佳流量、扬程及比转速放大系数的方法,解决了泵行业一直依据经验统计值确定其放大系数不能使低比转速离心泵在设计点效率最高的问题．经实例验证表明：本文提出的方法能够提高低比转速离心泵在设计工况点的效率,充实了低比转速离心泵的设计理论。