双流道叶轮内部三维定常湍流数值模拟

对某双吸离心泵的双流道叶轮内部的定常三维湍流进行了全流道数值模拟以研究其内部流动规律。计算基于Reynolds时均Navier-Stokes方程,采用了标准k-ε湍流模型,压力速度耦合使用SIMPLE算法。计算得到了叶轮进口和水平截面的速度矢量图、叶片压力面和吸力面以及叶轮盖板的压力分布等值线图,并对其进行了分析。结果表明全流道计算可以较好地模拟双流道叶轮的内部流动,尤其是叶轮进出口的流动,并可对泵的外特性做出预估。计算结果有助于深入了解双流道叶轮内部流动机理,指导叶轮的水力设计。     

双流道污水泵内固相体积分数分布规律

应用CFD软件Fluent对300QW930-15-55双流道式污水泵内部流场进行数值模拟.结果表明,固相颗粒从叶轮进口至出口几乎都聚集于流道中下部,沿流道中线前进,且随着体积分数的增加,这种现象越明显;随着颗粒直径的增大,颗粒体积分数越高、越紧密,亦即高体积分数、大颗粒的固相介质大多数均是从叶轮流道中间通过叶轮,并且对于体积分数分布,颗粒粒径要比颗粒体积分数影响大.这种固相运动规律证明了流道式污水泵输送固液两相流介质具有效率高,抗堵塞、缠绕和耐磨蚀的特点.     

基于Pro/Engineer的双流道式叶轮三维实体造型

针对双流道式污水泵叶轮传统设计方法存在的不足,提出利用Pro/Engineer软件对该类型泵叶轮进行三维实体造型设计的一种方法.在该设计方法中,采用阿基米德螺旋线为流道中线,在造型过程中编入程序生成流道中线,并对原木模图和流道面积变化规律进行修正,实现对双流道式污水泵叶轮的三维设计.给出设计方法和过程,通过数值模拟与清水条件下用该方法设计出的泵的实测结果对比,表明该三维造型方法设计出的叶轮结构合理,但在输送多相流介质时的效果上还有待于进一步实验验证.     

双流道泵固液两相流的数值计算与分析

基于Fluent软件中的Mixture模型,采用Simplec算法和RNGκ-ε两方程湍流模型对双流道泵内固液两相流进行了数值计算和分析;计算结果显示颗粒进入叶轮后,直接撞击后盖板,大部分颗粒沿叶轮工作面和后盖板前进,最终从叶轮出口末端流入压水室;颗粒在压水室内有沿壁面运动的趋势,但不会在压水室逗留,可以沿流道顺利流入发散管,少部分从叶轮经隔舌直接流入发散管。同时,仿真结果表明:在同一体积浓度下,粒径的变化对压力场的影响比较小,但对固液两相的离析影响较大,粒径越大颗粒越容易聚集,且运动速度也越大。     

基于纸浆泵流场数值模拟的叶轮设计准则及其应用

采用纤维-流动耦合模型及求解方法,对纸浆泵叶轮流道内的悬浮流动进行了数值模拟.结果表明,在进口附近,纤维取向变化剧烈,在靠近凹壁面附近,纤维取向摆动显著,而沿中间流线及凸壁面流线,纤维取向变化相对比较稳定;在进口靠近凹壁面附近,附加应力比较显著,而在流道中间及下游区域,附加应力分布变得平均.将结论推广至纸浆泵叶轮设计中...     

喷雾对人工海水雾化室气粒两相流场的影响

进气滤清器在燃气轮机中有着极其重要的位置，而喷雾条件又影响着其设计可靠性．因此，为燃气轮机进气滤清器研究和设计实验条件建设实际需求而设计某种形式的人工海水雾化室，并针对结构优化后的雾化室进行数值模拟．由于喷嘴可变参数的数目比较多，现只局限于研究喷嘴数量、喷雾角对燃气轮机盐雾滤清器气粒两相流进气流场均匀性的影响，为优化人工海水雾化室结构提供理论依据．     

过渡流道对串联高速离心泵空化特性的影响

为分析不同结构的过渡流道对串联高速离心泵空化特性的影响,以某型串联高速离心泵的第2级为研究对象,基于ANSYS Fluent中Zwart-Gerber-Belamri空化模型,采用RNG k-ε双方程湍流模型对同一工况下环形和螺旋形过渡流道在不同空化数下的增压值、叶片空化面积、流道内空泡体积进行了对比分析.结果表明：采用螺旋形过渡流道的次级离心泵在流量区间32 000～64 000 L/h增压值提升约8.5%,大流量工况(q_V>52 000 L/h)下效率提升3%～6%.次级叶轮发生完全空化时,相比环形过渡流道,螺旋形过渡流道次级叶轮叶片背面空化面积和流道内空泡体积均有所下降.由此可见,螺旋形过渡流道抑制了叶轮叶片空化气泡的产生,提升了次级叶轮的抗空化性能.     

钟形进水流道蜗形吸水室的设计方法

为了完善钟形进水流道蜗形吸水室的设计方法,分别采用Vu=const、Vur=const两种方法设计了南水北调东线工程某泵站钟形进水流道的蜗形吸水室,并基于Reynolds平均的Navier-Stokes方程和标准的k-ε紊流模型,用SIMPLEC算法数值模拟了两种吸水室的内部流场,在流场数值模拟的基础上对上述两种设计方法进行了对比研究.结果表明:上述两种不同的设计方法形成的蜗形吸水室速度场和出口速度均匀度差别较小,综合考虑设计繁简度,采用Vu=const的设计方法稍好一些.     

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.     

大流量下动静干涉对离心泵叶轮做功的影响

采用基于切应力输运模型(SST)的尺度自适应模拟方法对离心泵内部流场进行数值计算,研究大流量下动静干涉对内部流动的影响.从叶轮做功着手分析叶轮流道做功、流道表面做功及压力分布情况,进而分析内部流场的变化情况.数值计算结果经过试验验证及网格无关性验证,分析结果表明:在隔舌前部流速大、压力低,当叶轮流道经过该位置时,径向速度增大,流道内压力降低,此时该流道对流体做功减小;当流道旋转经过隔舌进入隔舌下游区域时,蜗壳内压力骤增,处于隔舌下游的叶轮流道过流量减小,压力增大,流道对流体做功增大.     

平行进口叶轮切割对混流泵作透平的影响

为了探究叶轮切割对混流泵作透平的影响,设计一比转速为240的混流泵作透平,平行叶轮进口进行4次切割,切割同时保留透平叶轮的前后盖板,运用CFD与试验结合的方法得出混流泵作透平的外特性,分析叶轮切割对混流泵作透平的内部流动影响.结果表明:随着叶轮切割比例增加,混流泵作透平流量效率曲线向小流量工况偏移,在小流量区间,透平轴功率上升,扬程下降,在大流量区间透平轴功率下降,扬程上升.叶轮切割后叶轮与蜗壳间的循环流量增加,透平水力损失增加,因而透平最高效率下降.采用混流泵切割定律推测不同切割比例下透平高效点的外特性参数,发现推测所得外特性均高于试验值,但误差较小,混流泵叶轮切割定律可近似用于透平工况下叶轮切割的高效点预测.     

叶轮出口宽度对离心泵性能及压力脉动的影响

以某型单级单吸离心泵为研究对象,在保证叶轮的进出口安装角、进出口直径等参数不变的情况下,分别设计了五组不同出口宽度的叶轮,依次对各模型进行数值模拟,分析叶轮出口宽度对低比转速离心泵的性能及压力脉动的影响.研究结果表明:随着叶轮出口宽度的增大,扬程、轴功率均有不同程度的上升,效率曲线呈驼峰状,说明叶轮出口存在一个最佳宽度使流动损失最小;增大叶轮出口宽度,流道内脱流现象增强,流道内的堵塞现象减弱,水力损失降低,说明合适的叶轮出口宽度对于减少离心泵能量损失是有效果的;随着叶轮出口宽度的递减,轴频峰值变化明显,呈递增趋势,这表明叶轮出口宽度过窄容易导致流道堵塞,阻碍流态的发展,同时,叶轮出口宽度对离心泵内的压力脉动也具有较大的影响.     

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.     

渐缩式直锥形吸水室锥角对离心泵性能的影响

以立式离心泵渐缩式直锥形吸水室为研究对象,采用数值模拟方法,应用FLUENT软件,基于N-S方程,采用重整化k-ε模型、SIMPLE算法和MRF模型对设计工况下的9组离心泵模型进行了仿真分析,预测了泵的性能,研究了渐缩式直锥形吸水室内部的流动状况及其锥角对泵性能的影响.结果表明,靠近吸水室内壁面区域和靠近叶轮进口区域流场较紊乱且随吸水室锥角变大逐步加剧;吸水室中心线附近区域沿水流方向流速变化率不大,靠近内壁面区域沿水流方向流速变化率较大且随吸水室锥角变大流速变化率逐渐增加;泵的轴功率随着吸水室锥角的增大而变大,扬程和效率随着吸水室锥角的变大略有下降.通过仿真可以为直锥形吸水室的设计提供一定的理论参考.     

底流口直径和锥角对旋流器流场的影响

利用计算流体力学的原理与方法,在底流口直径和锥角的多个水平下对旋流器内部流场进行了数值模拟,以揭示两因素对旋流器流场的影响.结果表明:增大底流口直径,流场内的流速降低,轴向零速包络面向上收缩;增大锥角后,轴向零速包络面的大小相应改变;锥角越小,底流口直径对轴向零速包络面内速度场的影响越小,故对改善分选效果的作用也越不明显;增大底流口直径,旋流器内流场的压强降低,但底流口区域内的压强梯度增大,而锥角不同,其变化程度有所不同,这从某些程度上体现了两因素对旋流器流场的交互影响.     

软基中桥头路基对邻近桥桩的影响分析

软土地基中桥头路基填土造成了软土层不断被压缩和被侧向挤出,对邻近桥桩产生侧向压力,并导致桩身挠曲,使之成为被动桩。在各国学者的研究成果基础上,建立FLAC3D数值模型,进行被动桩与土体相互作用分析,从桥头路基的填筑高度、速率、软土层的压缩模量以及路基距离等因素对邻近桥桩力学性状进行探讨,得出了路基填筑对邻近桥桩桩身位移、弯矩和桩侧反力的变化规律,并提出了有效的处理措施。得出的结论和规律对施工方案的确定和预测施工过程中出现的问题,具有一定的指导作用。     

离心叶轮的速度系数对级性能的影响

用数值模拟的方法研究了某离心压缩机叶轮速度系数对离心压缩机级性能的影响,并分析了不同速度系数下叶轮流道内部的流动情况.研究结果表明:在叶轮轮盘的相对曲率半径大于0.3时,叶轮速度系数的减小能改善叶轮流道内部的流体流动,使叶片进口从盘侧指向盖侧的静压梯度降低,同时叶轮出口通流速度不均匀程度得到改善,因此使得离心压缩机的级效率得到明显提高,在设计流量下等熵效率最大提高1.5%以上.通过对不同速度系数的压缩机级的变工况性能进行分析,发现速度系数的减小使得压缩机效率曲线右移,压比曲线上移,并有效地扩大了离心压缩机的工况范围.