离心式血液泵水力性能的实验及数值模拟

为研究血液泵中的流动与水力性能和生理相容性的内在联系,在闭式血液泵实验台上,通过调节电机转速和控制流量的方式对一种径向离心式血液泵进行了外特性实验研究。为了与实验对比,对该泵进行了全流道三维定常湍流数值模拟。根据实验结果及流动分析得知:血液泵在流量5 L.min-1时扬程大于1 m,通过调整电机转速可以得到宽广的运行范围;血液泵运行在较低转速时流动的Reynolds数效应不可忽略;叶片吸力面出口附近壁面剪切应力较大,是造成血液损伤的危险区域。     

泵水力设计方法的研究现状

泵是流体输送系统的核心动力源,开展泵优化设计、实现节能降耗一直是流体机械领域的研究热点。文章回顾了基于一元、二元、三元流动理论进行水力设计的各种方法,总结了各个水力设计方法的优缺点;概括了近年来在叶轮、导叶、蜗壳水力设计方面的研究热点和主流方法,为今后泵设计方法的发展奠定了基础。以数值模拟结合三元流动理论和优化算法的设计方法已成为当前开展泵水力设计的主流手段,可以预期,随着计算机计算能力的进一步提高和优化算法的快速发展,泵的水力设计水平将会有大幅度提升并会促进泵行业的整体技术进步。     

户用沼液泵水力设计及性能预测

为解决农村沼气池沼渣沼液清除难的问题,设计了户用沼液泵.通过对沼液泵工作介质的分析,确定各过流部件的结构形式,并对过流部件进行水力设计.在叶轮水力设计过程中,对于无法形成光滑内流道的问题给出具体、有效的解决方法,并通过三维造型进行校核,保证了水力设计的合理性.最后对沼液泵在不同工况下进行全流场数值分析计算,预测其性能.     

转速对贯流泵装置流道水力参数影响的数值分析

为了研究贯流泵装置进出水流道水力性能受转速的影响规律,以贯流泵装置为研究对象进行全流道的数值计算,通过将能量性能数值预测结果与物理模型试验结果对比,验证了数值模拟结果的有效性。在考虑水泵与进出水流道内流相互影响条件下定量分析转速对进出水流道水力性能参数的影响规律。结果表明:(a)不同转速时进水流道水力损失比与流量系数的关系曲线变化趋势基本相同。相同转速时,随着流量系数的增大,进水流道水力效率逐渐减小,流道出口环量先减小、后增大;相同流量系数时,进水流道出口面的平均环量随转速的增加而增加。(b)不同转速时,随着流量系数的增大,出水流道进口入流涡角相对值先减小、后增大。在相同流量系数时,随着转速的增加,出水流道的静圧比逐渐增加,出水流道进口面的偏流角分布基本相同。     

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...     

压裂水力泵施工问题研究

我国石油资源丰富,但是由于开采技术的限制石油开采能力不能满足经济发展的需求。随着我国科研技术工作者的不断努力,新技术不断应用到石油开采当中,目前我国的石油开采技术已经处在世界的领先水平。文中就压裂水力泵施工进行了简要的分析。     

竖井型线演变及对泵装置水力性能的影响分析

为研究系列竖井型线的演变规律及其对贯流泵装置内流机理及运行稳定性的影响,在归纳分析竖井型线演变的基础上采用一维水力设计方法设计了4种型体的竖井流道.基于ANSYS CFX对4种不同竖井型体的贯流泵装置进行了三维湍流场的数值计算,定量分析了4种竖井流道的水力性能.引入无因次动量参数分析法对比分析了各竖井流道对泵装置运行稳定性的影响,流量系数K Q在0.317—0.634范围内各方案的泵装置动量参数均随流量系数增大而减小,4种竖井流道对泵装置运行稳定性的影响差异性很小.提出了泵装置多工况性能加权评价指标(M.P.I)定量分析了不同竖井流道对多工况运行时泵装置综合水力性能的影响,该方法可用于不同泵装置水力性能的分析及泵装置方案的优选.为验证数值计算的准确性和可靠性,对泵装置进行了物理模型试验,对比分析结果表明,数值计算的结果是可信的.     

轴流铅铋泵的设计及其水力性能分析

为了研究铅铋合金泵合适的优化设计方案,基于叶片速度三角形和圆柱层无关性假设理论,设计了不同转速的轴流铅铋泵模型。利用Ansys CFX软件,构建了不同转速包含导叶的铅铋泵水力模型和无导叶的铅铋泵水力模型,通过SSTk-ω湍流模型模拟对比不同的转速以及有无导叶轮设计对轴流铅铋泵水力性能的影响。模拟结果表明:导叶轮是铅铋泵低流速设计的一个重要构件,可将转速为420r/min铅铋泵的叶轮出口冷却剂流速由4m/s降低到1.8m/s;泵内冷却剂和壁面间相对速度最高区域分布在叶片前缘泵壳侧,该流速会随泵轴转速的减小而降低;在低负荷条件下高转速铅铋泵比低转速铅铋泵拥有更好的流量扬程和效率性能,但是在0.8～1.2倍额定流量的高负荷工况条件下低转速铅铋泵比高转速铅铋泵拥有更高的效率和扬程性能。此项研究可为铅冷快堆的主泵设计优化提供一定的参考。     

井用泵水力模型设计及试验研究

针对井用泵受井径限制的特点,采用理论设计和实验验证相结合的方法,着重论述了井用泵叶轮和导流壳水力模型的设计方法,提出了主要几何参数选取原则和选择范围,并通过大量试验进行分析研究,探索了提高井用泵性能的有效途径。     

基于仿生翼型喷水推进泵内流场特性研究

基于仿生学原理开展喷水推进泵内部流场特性研究.采用数值模拟与模型泵试验相结合的方法对仿生翼型设计的喷水推进泵叶轮与NACA4410和791翼型得到的叶轮进行比较分析.研究结果表明,相同条件下,仿生翼型泵扬程最高,附着在叶片附近的低压区最大,上压力面与下吸力面压差最大,效率最高;仿生翼型泵湍流动能发展相对稳定,速度矢量分布最为均匀,能量损失最小,仿生翼型泵具有最优的水力性能.仿真翼型叶轮的研究方法在喷水推进泵模型优化上具有一定的可行性,对后续的研究具有重要的指导意义.     

用积分方程法设计轴流泵叶轮

介绍了一种新的轴流泵叶轮的水力设计方法，推导了求解叶轮Ｓ１流面流动的积分方程。轴流泵叶轮的水力设计是以有厚叶栅的正问题计算作为基础，通过正、反问题迭代来完成的，它较传统的设计方法（奇点法、升力法）能更好地满足设计扬程的要求。实例计算表明，结果合理，叶轮型线光滑，程序运行时间用４８６微机约５ｍｉｎ，因此是一种实用的设计方法。此外，该设计方法也可用于轴流式水轮机转轮的水力设计。     

基于正交设计方法的混输泵叶轮优化设计

以自主研发并取得外特性试验数据的第三代混输泵叶轮为基础,应用L_9(3~4)正交表,以混输泵增压和效率为考查指标,对混输泵叶轮进行4因素3水平的正交设计,获得9组参数组合.采用雷诺平均数值模拟方法,对正交设计中每种组合进行性能预测,分析得到一组最佳的参数组合作为优化后的叶轮参数,然后设计出与优化后叶轮配套的导叶,即得到一套优化后的增压单元设计参数.分别建立优化前后混输泵增压单元的计算流场,并对二者进行数值模拟计算.结果表明:优化后增压单元内流场特性相比优化前得到明显改善,增压提高约14.97%,效率增加约8.07%.     

基于CFD螺旋离心式血泵与离心式血泵内部流场的数值分析

利用CFD软件对采用一元理论的方法所设计的螺旋离心式血泵和离心式血泵两种离心式心脏泵进行数值模拟,对比和分析两种离心式血泵内部流动特性,研究血液流经叶轮的速度、压力、切应力等参数的分布,得到相应的云图,分析两种血泵模型对血液的影响.研究结果显示:螺旋离心式血泵可以有效地避免血液在流动过程中产生的涡流、湍流和较高的剪切力.血液在螺旋离心式血泵内部的速度场、压力场及切应力分布都比离心式血泵均匀、合理.     

基于数值模拟的混流式血泵结构改进

轴流式血泵转速过高、离心式血泵易产生流动死区是造成血液损伤的重要原因,而混流式血泵能有效缓解转速过高及流动死区问题。基于此,采用计算流体力学方法对闭式叶轮混流式血泵进行了三维流场仿真,分别探究了不同叶片数和叶片厚度的混流式血泵的性能,分析了血泵流场特性及压力分布情况;基于溶血幂函数模型,通过拉格朗日粒子追踪法进行血泵的溶血性能预测,得到水力性能与溶血性能良好的血泵结构参数。结果表明,当叶片数为5、叶片厚度为0.8 mm时,扬程更接近预期设计目标,能够满足血泵供压需求;溶血指数比原模型降低14.65%,有效降低溶血程度;内部流场均匀稳定,未出现回流、流动死区问题,有效防止血栓产生;叶片进口处低压区域减少,有效缓解空化现象产生。研究结果可为闭式叶轮混流式血泵的结构改进及性能改善提供依据。     

新型井泵水力设计及内部流动的数值模拟

在改进QJ型深井离心泵结构的基础上,研究提出了一种SJB型新结构深井离心泵及其特殊的水力设计方法,即叶轮的极大扬程设计法和扭曲反导叶法．将叶轮外径延伸至泵筒内壁,采用斜切叶轮出口．导叶进口边扭曲,其余部分为圆柱叶片．运用CFD软件Fluent 6．0对模型100SJB8进行数值模拟研究,分析流场并预报其水力性能,经试制100SJB8样机并比较试验结果,表明模拟能较好地预测水力性能,为设计提供指导．     

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.     

高比转速混流泵叶轮正反问题计算

基于Ωu=0的二元设计理论,用Fortran语言编程实现了高比转速混流泵叶轮的水力设计,讨论了轴面流道形状、速度矩分布规律、排挤系数对设计计算结果的影响。基于Navier-Stokes方程,在贴体坐标系和交错网格中,采用SIMPLEC算法,对依据不同设计参数设计出的2个叶轮内部流场进行了数值模拟,并将计算得到的流场压力分布和轴面速度分布进行了对比,同时对2个叶轮进行性能预估。结果表明,轴面流道形状和速度矩分布规律影响叶轮内部压力场和速度场的均匀性,导致2个叶轮性能预估值存在约2%的差别。