基于泵内纸浆悬浮液数值计算的纸浆泵设计

在由吸水室、前盖板、半开叶轮和涡壳组成的过流部件内，对纸浆悬浮液的流动进行了三维不可压两相湍流流动计算．计算采用双流体模型及κ-ε湍流模型，Phase Coupled SIMPLE算法进行压力速度耦合计算．根据计算结果，对两相流动的速度、压力及体积分数进行了对比和分析研究．发现在叶轮叶片数较少的情况下，叶轮流道内速度变化不均匀．并着重对前盖板与叶轮间隙内的流动进行了分析，揭示了半开式叶轮输送两相流介质的优点所在．该计算结果为建立少叶片半开式叶轮纸浆泵的设计方法提供了理论依据．根据新的设计方法设计出的纸浆泵，效率经检测高出国家标准17．5％．     

卫生型泵内部流道流场分析

针对广东日新泵业两台不同参数卫生泵的实测结果，对叶轮内部三维不可压湍流流动进行了数值模拟．通过商用软件Fluent 5．0对两台泵的叶轮进行数值计算，计算过程采用标准k-ε湍流模型及SIMPLEC算法．通过对两台泵流动状况的研究与分析，揭示了叶轮内湍流流动的速度分布、压力分布情况，指出了两台泵叶轮结构的合理性，并提出了第二台泵叶轮的修改方案，同时对泵的水力性能进行了预测，从而为卫生型泵的优化设计奠定了基础．     

单流道泵内部流动研究方法探讨

该文将单流道泵叶轮和涡壳作为一个整体，利用势流理论计算了单流道泵内部流动，对流场进行初步分析，得到了叶轮转至不同角度时水对叶轮的径向力以及水功率．同时，作者还利用湍流模型对单流道泵内三维湍流流动进行了数值模拟，并通过两种方法的结果比较和与实验对比以及对应用前景分析等验证了研究方法的实用性．     

离心油泵口环间隙对泵腔内流动的影响

对选用的低比转速离心油泵进行2种不同计算域的数值模拟,证明包含叶轮口环及前后泵腔计算域的计算结果更准确,且泵腔中流体的旋转角速度约为叶轮旋转角速度的30%～50%.为了反应叶轮口环间隙大小对泵腔流体流动的影响,改变叶轮前口环间隙大小后重新进行数值模拟,结果表明其大小对泵腔内流体流动的压力及速度的分布均有较大影响,随着间隙值的增大,压力系数变小,泵腔内流体的速度随之增大.     

单级涡壳式离心泵内二维流场的数值模拟

通过使用FLUENT软件模拟计算单级涡壳式离心泵的二维流动,采用标准的湍流模型,计算分析了离心泵内的速度矢量图、压力等直线图.结果表明离心泵叶轮内各通道的流量、流速及压力分布有显著差别,呈现明显的非对称性.利用数值模拟方法能真实反映泵内部的复杂流动,为泵内叶轮的设计、改进提供了理论依据.     

单级涡壳式离心泵内二维流场的数值模拟

通过使用FLUENT软件模拟计算单级涡壳式离心泵的二维流动,采用标准的湍流模型,计算分析了离心泵内的速度矢量图、压力等直线图。结果表明离心泵叶轮内各通道的流量、流速及压力分布有显著差别,呈现明显的非对称性。利用数值模拟方法能真实反映泵内部的复杂流动,为泵内叶轮的设计、改进提供了理论依据。     

部分流泵非定常流动分析

在设计工况下采用滑移网格技术对部分流泵进行了整机非定常流动数值计算,分析了叶轮、蜗壳内典型的非定常流动规律.计算表明:部分流泵内流的非定常特性明显,蜗壳喉部尤为剧烈;瞬时扬程的变化是由于叶轮与蜗壳喉部强烈的非定常流动特性所决定的,只有采用非定常计算方法才能反映其内流的实质.该计算为进一步研究部分流泵的内流现象、提高效率、减少水力损失提供了一定的理论依据.     

离心泵在设计工况下泵腔内压力分布的研究

将泵腔内的液体流动简化为理想液体,利用Navier-Stokes方程建立了泵腔内压力随半径变化的关系式．应用离心泵欧拉方程式求解泵腔内的压力分布方程式,并将理论计算值与实验值比较,结果表明：越靠近密封环,计算结果与实测差值越小,在外径处差值最大;泵腔内液体旋转角速度等于叶轮旋转角速度的一半,这一假设有待于进一步验证．     

旋喷泵叶轮内的准三元流动计算

采用任意准正交面方法求解旋喷泵叶轮内准三元流场．通过同时求解沿准正交面与Ｓ＿１Ｓ＿２流面交线方向的速度梯度方程和沿流线方向的能量方程求得了旋喷泵叶轮内的准三元解，指出了旋喷泵内准三元流动的流场分布特点是叶片工作面速度先减小后增大，叶片背面速度先增大后减小，叶轮流道中的空间流线从进口到出口逐渐变密，明确了叶轮设计时应注意的问题。     

永磁磁浮叶轮在血泵内的偏心距测量及分析

为了消除叶轮血泵内的机械磨损、延长血泵的使用寿命，采用了永磁磁浮技术，并利用自制测试系统测量永磁磁浮叶轮在血泵内的位置，数据处理结果表明，血泵流量及转速达到一定值后叶轮便能实现悬浮，而且转速越高、流量越大、气隙越小血泵越稳定，即旋转叶轮的偏心距及振幅越小．此外，还证实两种常用的永磁轴承比作者研制的永磁轴承稳定性差．     

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。     

离心泵叶轮叶片轴向切割设计方法研究

工程中普遍存在离心泵实际流量高于输水系统所需的情况,通过数值模拟研究平移叶轮前盖板对离心泵性能的影响,结合理论推导出平移前盖板改变离心泵扬程的换算公式,实现减小叶轮出口宽度及其工作流量达到泵站节能的目的.研究结果表明:切割叶轮外径与平移叶轮前盖板均会降低离心泵工作扬程,不同的是,前者使H-Q曲线整体向下移动且下降幅度较大,而后者H-Q下降幅度较小,能在小流量工况维持较高的扬程;平移叶轮前盖板后能抑制小流量工况下叶轮内回流旋涡的发展,离心泵效率有所上升,更适合多泵并联工作的场合,具有一定的工程价值;离心泵扬程随前盖板平移而变化的换算公式可以相对准确地预测较小叶轮前盖板移动量时中比转数离心泵0.8~1.0倍设计工况范围内H-Q曲线的变化.     

叶片包角对组合叶轮离心泵工作特性的数值研究

为了获得某型组合式叶轮航空燃油离心泵不同叶片包角下的工作特性,对其内流场特性进行数值模拟研究。分别采用定点法和曲线拟合法建立了组合式叶轮的三维模型;利用Pump Linx软件对泵的内流场和出口工作压力特性进行数值仿真计算;在进行样机试验验证数值模拟方法准确性的基础上,基于原包角参数设计基础上增大和减小叶片包角下,进行离心泵的内流场及压力特性研究。仿真结果表明:随着包角增大,叶轮流道内摩擦力的升高导致离心泵增压能力下降;而叶片包角减小,叶轮出口相对速度液流角增大,对泵的增压能力产生积极作用。在叶轮基本外尺寸确定的情况下,必定存在使得泵性能最优的叶片包角,所给出数值模拟方法可用于指导离心泵的工程设计与优化。     

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.     

基于CFD的离心泵关死点流动性能分析

 流体动力学数值计算（CFD）被广泛用于研究离心泵内部的流场和外特性预测,在设计工况下计算准确性较高,近年在流体机械领域的研究中占有重要位置。然而针对关死点工况离心泵流场的CFD 模拟,现有研究都是采用极小流量作为边界条件,难以得到水泵关死点的真实流动性能。本文采用完全零流量的边界条件,以常用的IS125 型管道离心水泵为例,借助于瞬态CFD 流场计算技术,进行关死点及其附近工况的非定常流场数值模拟和性能预测,并得到实测结果的验证。研究结果发现,在非设计工况尤其是关死点和小流量工况下,叶轮每个通道内具有不同的流场分布和过流能力,导致水泵性能参数出现较大的脉动现象。在关死点工况下,蜗壳隔舌所承受的流动冲击最为严重,靠近蜗壳上游的叶轮通道是排水状态,而靠近蜗壳下游的叶轮通道则是吸水状态。本文提出的关死点和小流量工况下离心泵流场计算方法能较为有效的预测该工况下泵的扬程和轴功率,得到的叶轮流道过流能力大小的结论,具有一定的学术和工程价值。     

基于Fluent/ISIGHT贯流式潜水泵流场与结构优化研究

针对目前潜水泵体积笨重的问题,利用Fluent软件,对贯流式潜水泵进行全流场仿真模拟. 基于CFturbo软件经验叶轮结构,对潜水泵流场特性进行定常仿真分析. 基于ISIGHT优化平台通过CFturbo和PumpLinx实现叶轮结构的参数化建模和仿真过程,针对扬程、效率和轻量化3个优化目标,借助多岛遗传算法进行叶轮结构优化. 优化后结果表明,在额定流量工况下,扬程提升5.1%,水力效率提升2.1%,叶轮直径减小1.9%,不同流量工况下的潜水泵性能总体优于优化前的性能. 根据现场测量的实验数据,在额定流量工况下,扬程误差为0.31%,证明优化结果可靠,效果良好.     

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.     

叶片进口边位置对船用离心泵性能数值模拟与试验对比

为了研究叶片进口位置对船用离心泵内部流动和性能的影响。针对一国内生产的NSL125-415/A02型船用离心泵,在不改变原始叶轮设计的基础上,运用泵与旋转机械专业设计工具CFturbo分别将叶片进口边两次前移和两次后移,设计了四种新的叶型。然后采用全粘性三维湍流数学模型数值模拟计算了5组(包括原型泵)不同工况下的船用离心泵内流场,对比了不同位置叶片进口边对船用泵流量-扬程、流量-效率等外特性曲线以及叶轮内部流场在不同工况下的流动分布,并且将原型泵数值计算结果与试验进行了比对。结果表明：适当将叶片进口边位置向叶轮轮毂处偏移,可以相对改善叶轮内部流场分布情况,降低叶轮出口位置附近湍动能强度;在一定范围内,随着叶片进口边位置向轮毂处偏移,船用离心泵扬程有所提高,整体效率略有增加,且高效区域面积变大;通过与试验对比,运用数值计算方法来预测船用离心泵内部复杂三维流动是可行的。     

基于NSGA-Ⅱ遗传算法的低比转速离心泵多目标寻优

为了提高低比转速离心泵的水力效率和扬程,选取比转速为30的某一低比转速离心泵为研究对象,以离心泵的扬程和水力效率最大值作为优化目标,采用离心泵基本方程与Plackeet-Burman试验相结合的方法进行参数筛选,最终选取离心泵叶轮的叶片出口安放角、叶片包角和叶片出口宽度作为优化变量.在优化过程中,采用最优拉丁超立方设计方法安排了30组试验,利用RBF神经网络模型拟合出优化目标与变量之间的近似模型,并运用基于NSGA-Ⅱ遗传算法进行多目标寻优.优化结果表明:优化后的叶轮扬程基本没有变化,水力效率提高了5.82%,消除了流量-扬程曲线的驼峰现象,使离心泵的运行更加稳定;优化后叶轮流道内的压力梯度减小,漩涡的发生区域及大小也有不同程度的改善;叶轮流道内湍流区域分布均匀,叶片做功能力增强,水力效率得到提高.