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。     

低比转速离心泵的面积比原理

依据离心泵的面积比原理,提出了建立在面积比原理基础上低比转速离心泵在加大流量设计后计算面积比、第八断面面积的方法及计算公式,此面积比和第八断面面积与泵的流量加大系数、比转速加大系数有关,解决了依据经验统计值确定面积比且不能使低比转速离心泵在设计点效率最高这一问题.实例表明:提出的计算方法能够提高低比转速离心泵的效率,充实了低比转速离心泵的设计理论.     

低比转数自吸泵设计计算方法的探讨(续)

增大流量设计计算法不仅适用于低比转数单蜗壳外混式自吸泵,同样也适用于低比转数双壳外混式和双蜗壳内混式自吸泵的设计.     

分流叶片离心泵叶轮内变工况三维数值分析

对带分流叶片的离心泵叶轮不同工况下的内部流动进行数值模拟分析．计算采用雷诺时均方程和修正了的κ-ε湍流模型,在压强连接的隐式修正法建立的压力速度校正方程基础上,利用贴体坐标系和交错网格技术进行计算．计算结果揭示了带分流叶片的离心泵叶轮内部湍流流动不同工况下的速度分布及压力分布规律,对叶轮内部流动状况进行了分析和研究．结果表明：随着流量的增加,叶轮内相对速度增大明显;叶轮内整体动压随流量增加而下降,动压在叶轮内的分布场为大流量比小流量更加均匀．     

等环量修正因子对轴流泵性能的影响

采用等环量扭曲规律设计的轴流泵叶片扭曲度大,在小流量工况下易造成根部冲角过大,使轴流泵效率明显下降。通过叶根侧等环量修正因子改变叶轮的几何形状,提高流动效率;并通过CFD数值计算验证改进的叶轮模型。研究结果发现,叶根侧环量修正因子的变化对轴流泵叶轮效率、扬程影响显著。减小叶根侧等环量因子,可以提高低流量工况的效率;但会使得大流量工况效率急剧恶化。对于研究的轴流泵模型,叶根处的等环量修正因子在0.3~0.55内较为适宜。     

低比转速离心泵运行可靠性的研究

本文针对低比转速离心泵存在扬程曲线有驼峰、大流量运行时过载、易发生汽蚀、易泄漏等难题,从消除驼峰、采用无过载设计方法、提高离心泵抗汽蚀能力、采用机械密封和应用监测系统与故障诊断等角度进行了研究,提出了相应的设计方法或措施,可作为低比转速离心泵设计的参考依据。     

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.     

缝隙引流叶轮的优化设计

以带缝隙引流叶片的低比转速离心泵叶轮为研究对象, 研究了缝隙引流叶片的位置对低比转速离心泵水力性能的影响. 基于叶片参数化设计、网格划分、CFD(computational fluid dynamics)计算和后处理过程全自动集成的优化平台, 以离心泵叶轮水力效率最大化为目标函数, 采用实验设计法(design of experiments, DOE)和序列二次规划法(sequential quadratic programming, SQP)组合策略进行优化设计. 将优化后得到的新叶轮和原始叶轮进行对比分析发现, 优化后泵流道内堵塞情况减少, 扬程提高, 0.6Q 工况以后优化叶轮的效率比原始叶轮高, 同时最高点效率提高了2% 以上. 研究结果表明, 该设计方法切实可行.     

GSB低比转速高速复合叶轮离心泵

浙江大学化机所经过几年的努力,成功地开发出GSB系列低比转速高速离心泵,设计了带有诱导轮的具有长中短叶片的复合叶轮离心泵,从而提高了高速离心泵机组的效率并拓宽了低比转速高速离心泵的使用范围,将比转速n_s=30延拓到16以下。     

中低比转速离心泵叶轮几何参数优化

中低比转速离心泵效率普遍不高,主要因素是泵的圆盘摩擦损失过大,而圆盘摩擦损失又和叶轮直径的五次方成正比,针对这一特点,提出了以减少泵的圆盘摩擦损失为目的方法,即以叶轮直径最小为目标函数,综合考虑叶轮进口直径、叶轮叶片进出口安放角,叶轮叶片数等设计变量,建立相应的数学模型,通过优化计算,获得满足一定扬程和流量的上述参数的最优组合,从而提高中低比转数离心泵的效率,缩短泵的设计周期.     

离心压缩机尺寸效应修正模型

针对离心压缩机在模化设计中因尺寸效应导致产品级相对于基准级的性能偏移难以定量预测的难题,提出一种可对模化设计中效率和流量系数偏移进行定量预测的离心压缩机尺寸效应修正模型,该模型包括效率修正模型和流量系数修正模型两部分。首先,基于边界层理论对离心级的黏性损失进行分析,提出基准级黏损比函数的概念,进而推导出效率修正方程的基本形式;接着通过数值模拟获得基准级黏损比函数的具体表达,从而完善效率修正方程,以预测模化设计中产品级相对于基准级效率的偏移;然后,通过引入边界层的影响对流道收缩效应模型进行改进,从而理论推导出流量系数修正方程,以预测模化设计中产品级相对于基准级流量系数的偏移量。该尺寸效应修正模型不仅可以准确预测模化设计中离心压缩机的性能偏移,且与现有的修正模型相比,具有更强的理论基础,修正方程具有鲜明的物理直观性,大大减少了对经验因素的依赖。采用该效率修正模型对流量系数分别为0.068和0.15的两个三元离心级的模化实验进行预测,结果表明,产品级相对于基准级效率偏移量的预测值与实测值之间的相对偏差在9%以内,产品级效率的预测值与实测值之间的相对偏差在0.2%以内;采用该流量系数修正模型对流量系数分别为0.065和0.085的两个三元离心级的模化数值模拟进行预测,结果表明,产品级高效点流量系数的预测值与数值计算值的相对偏差在1%以内。     

热力学法水泵效率测试仪的开发

热力学法水泵效率测试仪是根据热力学方法测量离心泵效率的原理设计的,通过测量离心泵的进、出口温差和压差,可测量出水泵的效率、扬程、流量,从而对水泵的工作状态和性能进行科学的诊断。     

考虑旋转和曲率的湍流模型修正及应用

通过分析湍流模型在模拟旋转和弯曲壁面的旋转机械内流时存在的问题发现,在原有湍流模型的基础上考虑旋转和曲率效应是提高离心泵内流模拟精度和改善流动不稳定性的必然选择;在k-ωSST模型中通过考虑旋转和曲率修正,同时引入Hellsten的理查德森数修正模型思想和扩展内秉旋转张量修正,生成了一种新的湍流模型;应用改进后的湍流模型对比转数为34.34的离心泵在不同工况下的内流场进行了数值模拟,并将改进前后的数值计算结果与试验结果进行了详细对比,由此分析了泵内部流场的分布规律。研究结果表明:改进后的湍流模型预测的能量性能与试验值更接近;在0.6倍设计流量工况下,改进后湍流模型的扬程预测精度提高了3%,效率预测精度提高了近2%,这一结论在内流场中得到了验证;与原湍流模型相比,改进后湍流模型明显改善了叶轮流道和蜗壳扩散段处的流动情况。该结果可为湍流模型研究提供参考。     

离心泵叶轮计算机辅助几何设计

改进离心泵叶轮的设计方法和设计手段是改进离心泵性能和提高离心泵效率的重要途径。本文在分析了目前的离心泵叶轮几何设计方法缺陷的基础上，给出了一种新的离心泵叶轮的计算机辅助几何设计方法，并在计算机上实现。该方法改善了叶轮的水利学性能，设计出的离心泵叶轮的轴面流线光顺，流道的过水断面面积变化规律符合设计要求，设计精确性和设计工作效率均大为提高。由于受篇幅所限，本文仅简述该设计方法的基本思想。     

叶轮型式对超低比转速高速离心泵性能的影响

为了分析不同叶轮型式对超低比转速高速离心泵性能的影响,对采用普通叶轮与复合叶轮离心泵内部流动进行数值模拟.计算基于连续方程和雷诺时均N-S方程,采用标准的k-ε湍流模型和SIMPLEC算法.模拟采用不同长短叶片的复合叶轮的超低比转速高速离心泵在设计工况下的全三维流场,得到短叶片径向和周向偏置位置的最佳组合.着重分析比较采用普通叶轮和复合叶轮两种离心泵模型方案在不同流量下叶轮内部的速度场和压力场,得到其内部流动的主要特征.研究结果表明,在其他过流部件相同的条件下,采用长短叶片的复合式叶轮离心泵其性能比普通常规叶轮更佳.     

清水离心泵再制造叶轮优化设计方法研究

针对广泛存在的数量众多、效率低下、结构陈旧、面临淘汰的离心水泵,探寻其叶轮再制造优化设计有效途径。基于ANSYS workbench联合CFturbo,提出一种叶轮参数化仿真建模和叶轮优化设计的方法,借助ANSYS workbench响应面优化模块,以扬程不小于原始泵为约束条件,效率为目标函数,采用拉丁超立方抽样方法设计41组实验,建立响应面代理模型,并采用MOGA算法对低比转速离心泵进行寻优。研究结果表明,该方法应用于某一低比转速离心式水泵,在其扬程不变的条件下,效率提高了2.11%,对清水离心泵叶轮再制造优化设计、提高离心泵运行效率有一定的参考价值。     

低比转速离心泵叶轮的水力设计数值方法

低比转速离心泵叶轮因扬程高、流量小、流道长而使内流状态复杂,其水力设计普遍采用基于相似理论的方法,叶轮水力性能高度依赖叶轮模型和设计者的经验.综合考虑相似理论设计经验成熟和叶轮空间流动理论设计的优势,采用二元流动理论,应用准正交线法绘制轴面流网,结合欧拉能量方程,进行轴面速度的迭代计算,根据轴面速度的分布要求,不断优化...     

叶轮流道扩散度对超低比转速离心泵性能的影响

以超低比转速离心泵水力模型M23-12.5为研究对象,借助流体动力计算的数值模拟方法,采用RNGk-ε湍流模型封闭时均N-S方程组,在保证叶轮叶片数不变的前提下,通过改变影响叶轮流道扩散度的两个重要因素,即叶片包角和叶片出口排挤系数,来比较分析不同叶轮流道扩散度对超低比转速离心泵外特性参数和内部流场分布的影响.研究结果表明,叶片包角的增大和叶片出口排挤系数减小(叶片厚度变大)都会减小叶轮流道的扩散度,从而减小离心泵的轴功率,提高效率.过大的叶片包角会增大液体与叶片的接触面积,进而增大摩擦损失,使得轴功率增大,效率降低.该结论将为超低比转速离心泵的设计提供参考.     

叶栅反推器几何进气角、压比对反推性能的影响

航空发动机叶栅反推器叶型参数与反推效率、流量系数之间的规律对于反推装置的设计具有重要意义。建立了外涵叶栅反推器的轴对称计算模型,给出了内涵计算域的有效处理方法。利用数值模拟手段研究了叶片几何进气角、外涵入口压比的变化对反推效率、流量系数等的影响规律,并将计算结果与可能得到的试验结果的数据点进行了比较。结果表明,计算结果与实验结果吻合。当β1γ小于30°时,随着几何进气角的增加,反推效率快速增加,流量系数则迅速下降;当30°β1γ55°时,反推效率和流量系数随压比的变化都有较大波动;当β1γ大于55°时,继续增大叶片几何进气角β1γ,流量系数和反推效率均大幅下降。反推效率随着压比的增大而降低。在较小几何进气角时,流量系数随压比增大而增大,在较大几何进气角时,流量系数随压比变化不大。     

基于高维混合模型与遗传算法的离心泵叶片优化

提出了一种基于机器学习的高维混合模型用于离心泵的叶片优化方法.选用一台低比转速离心泵,以离心泵叶轮叶片为研究对象,通过对叶片型线拟合分离多变量参数,利用支持向量机的高维表示方法,结合计算流体动力学软件,经过对训练集的机器学习,构建了离心泵叶片型线优化的代理模型.依据遗传算法求解离心泵多变量代理模型,预测了离心泵效率最高点及在该点时的叶片型线几何参数.运用数值模拟和试验研究的方法验证了预测数据,结果表明:数值模拟性能曲线与试验结果大体相符;在设计工况点,经代理模型优化后的数值模拟效率值较原型泵提高了2.61%,扬程提升了0.82 m,试验效率值较原型泵提高了2.1%,扬程提升了0.75 m.