水平轴风力机CFD计算湍流模型研究

对NREL第6期水平轴风力机在风速13 m/s情况下,采用定常k-ωSST和非定常k-ωSST以及分离流DES 3种湍流模型进行了三维旋转流场数值模拟,计算结果与NASA非稳定气动力学风洞试验结果进行了对比分析,计算结果表明定常k-ωSST和非定常k-ωSST湍流模型可以很好地描述流场流动情况,非定常k-ωSST湍流模型计算结果比分离流DES湍流模型计算结果与试验结果更接近.采用非定常k-ωSST湍流模型可以满足流场计算要求.     

导叶式混流泵静态水阻分析

以某混流泵为研究对象,基于FLUENT软件,建立相对坐标系下的时均连续性方程及N—S方程,并采用RNGκ-ε模型、非结构四面体网格和SIMPLEC算法对该混流泵内部三维流动进行数值模拟,在分析网格无关性的基础上,得出流道内压力分布和速度分布规律,并得到在不同流量下,该混流泵总水阻和关键部位的水阻系数变化规律．研究发现,流量从800m3／h增大到1500m3／h时,其水阻系数基本保持不变,即对同一台泵,水阻系数只与泵几何参数有关,在不同工况下运行时,其水阻系数不变．     

基于FLUENT的双蜗壳离心泵径向力数值分析

利用CFD软件Fluent对HD型石油化工流程泵的不同工况作流场计算.采用雷诺时均方程和标准κ-ε湍流模型,压力和速度耦合采用SIMPLEC算法,对双蜗壳离心泵内部流场进行模拟,分析了双蜗壳泵静压力和速度场的分布规律,并对径向力进行了计算分析.通过模拟计算发现,数值模拟计算外特性曲线与试验曲线趋势一致,两者相对误差小于10%,说明应用数值计算结果建立的离心泵径向力计算模型具有一定的准确性.利用离心泵径向力的数学计算模型,得出各个工况下叶轮所受的径向力的大小和方向.结果表明,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.     

离心泵叶轮进口处泥沙磨损的数值研究

采用Fluent软件对某大型双吸离心泵内流流场进行数值模拟,通过监测和计算泵在输送清水和含沙水时叶轮流道内叶片进口处的径向速度来分析对叶片的磨损强度.分析结果表明:随着沙粒浓度的增大叶片进口处磨损强度增大;小流量工况时,叶片进口处靠近吸力面附近有回流;大流量工况时,叶片进口处靠近压力面有回流;回流强度越大磨损强度越大,同时沙粒粒径也是影响磨损的重要因素,沙粒粒径减小,磨损强度减小。     

离心泵内空蚀流动的数值模拟

为了研究离心泵内部的空蚀流动,将一种完整空化模型和混合流体两相流模型相结合,应用于离心泵全流道内定常空蚀流动的数值模拟.根据模拟的结果,分别预测了离心泵在大流量、设计流量和小流量情况下运行时,流道内空蚀发生的部位和程度,重点考察了流量的变化对离心泵空蚀性能的影响,为离心泵在特定工况下运行时空蚀性能预测提供了理论依据.     

基于正交试验的双流道泵叶轮优化设计与试验

为了提高双流道泵的水力性能,实现叶轮与蜗壳的最优匹配,以双流道泵为研究对象,选择控制叶轮流道中线的前盖板圆弧R₁、后盖板圆弧R₂、平面流道中线包角ψ和系数m为设计因素,每个因素取3个水平,应用正交试验法设计9组试验方案。利用CFD软件对设计的9副叶轮进行数值优化,以扬程、效率作为方案评价的指标,通过极差分析得到最优方案;通过对比分析原始模型与优化模型的内部流动情况,验证优化方案的有效性。结果表明：额定工况下,优化后泵的扬程较原始模型提高0.59 m、效率提高了5.4%;大流量工况点,优化后扬程和效率提升更加明显;包角ψ和后盖板圆弧R₂对泵的性能影响较为明显;通过对比分析额定工况下优化前后水泵中间截面流线发现,优化后的叶轮与蜗壳匹配更合理,蜗壳中的水力损失明显减少。     

转速对螺旋轴流式油气混输泵性能影响分析

以螺旋轴流式油气混输泵为研究对象,对其在不同转速、流量、含气率下进行了全流场的数值计算。计算时采用Mixture模型,湍流计算选用标准κ-ε湍流模型,速度压力耦合计算采用Simple算法。通过对模拟结果的相态分析,以及对外特性的预测,可知转速的增加可增加气液分离程度,并可通过改变转速来适应泵的进口条件。     

含沙水流对离心泵叶片局部磨损破坏的数值分析

为了研究离心泵叶片出现局部磨损破坏现象的原因,以甘肃景电二期所用的1200S56双吸离心泵为研究对象,基于Navier-Stokes方程和标准的k-ε湍流模型,利用Fluent软件对双吸离心泵固液两相流动进行数值模拟,通过对比清水工况下的实验和数值模拟结果,发现泵的扬程和效率误差均在3%以内,验证了数值模拟的可行性与准确性。通过分析在输送不同流体(清水和含沙水)时泵的内部流场发现:离心泵在不同工况运行时,回流出现在叶片的位置不同。大流量工况的会留位置与叶轮实际磨损位置一致。回流引起的磨损是导致离心泵叶片入口位置穿孔破坏的主要原因。     

混流式水泵水轮机驼峰区非定常内流动特性研究

为了研究混流式水泵水轮机在泵工况下驼峰区内的流场信息,以某抽水蓄能电站模型水泵水轮机为研究对象,对模型机组进行了全流道非定常数值计算。结合试验数据,分析了泵工况下驼峰区内流道内不同位置处的流态特征,讨论了流量变化对驼峰区内流动特性的影响。结果表明:当机组进入驼峰区时,流量减小,介质的轴面速度变小,冲角增大,这时流体射向叶片的背面,在工作面上出现流动分离、旋涡现象。双列叶栅处部分固定导叶和活动导叶压力面及吸力面逐渐被低速区流体包围,这些低速流体形成旋涡,阻塞了流道,能量损失变大,导致水力效率降低。这些因素是驼峰区形成的主要原因。     

回流孔面积大小对自吸泵性能影响的研究

为了研究自吸泵回流孔面积对自吸泵性能的影响,以ZX80-65型外混式自吸泵为研究对象,设计5种不同回流孔面积方案,通过计算流体力学的分析方法对自吸泵内部流动进行数值模拟,对其回流孔两侧压差、回流孔回流量及外特性曲线进行分析。研究结果表明,回流孔的存在对泵正常工作时的流动特性影响较大。在自吸阶段,适当增大回流孔的面积,可增大蜗壳回流量,在不改变泵基本性能的前提下有助于提升泵的自吸性能。在大流量工况下,增大回流孔的面积导致泄漏量增加,从而增大了泵的容积损失,导致自吸泵效率下降。在额定工况下,回流孔面积越大,回流孔两侧压差越趋近于0,其泄漏损失越小。对于特定的自吸泵,存在一个最佳的回流孔开孔位置。     

诱导轮对航空燃油离心泵性能影响的研究

目前,对诱导轮对航空燃油离心泵的性能影响认识不足,针对此问题,设计了等螺距和变螺距两种形式的诱导轮,对其进行数值研究。在数值计算过程中,对采用等螺距诱导轮、变螺距诱导轮和不采用诱导轮三个模型在0.6Q、0.8Q、1.0Q、1.2Q、1.4Q五种工况下进行数值模拟,得到了外特性曲线以及泵内流场速度、压力分布。分析结果表明:在燃油泵主叶轮前添加诱导轮,可以小幅度提升泵扬程,较大程度提高泵的效率,相比于等螺距诱导轮,变螺距诱导轮的改善效果更好;添加诱导轮后,主叶轮入口流动情况得到改善,尤其在大流量工况下,低压区的分布减少,诱导轮对泵内流动的影响主要在叶轮进口处。     

水泵水轮机同步启动过程内部流场分析

为了研究水泵水轮机水轮机工况同步启动过程中的瞬态流动特性和能量转换机理,基于FLUENT动网格模型对模型水泵水轮机同步启动过程进行了三维全流道数值模拟。根据模拟结果,重点分析了活动导叶、转轮内部流场结构的演变过程。结果表明:水轮机启动过程大体可分为两个阶段,第一阶段导叶开度较小时,从活动导叶出来的高压水流在活动导叶与转轮之间的区域沿活动导叶形成的内环面作圆周运动,转轮以较小的角加速度缓慢加速;第二阶段当导叶开度足够大时,高压水流开始直接作用在叶片上,并且高压区面积不断增大转轮转速急剧增大。     

基于FLUENT的三叶圆弧转子泵流场及流量脉动的研究

以三叶圆弧转子泵为研究对象,分析了泵的内部流场及其输送不同粘度介质时的出口流量脉动特性。在已知转子型线方程的基础上运用UG和ICEM建立仿真模型,运用FLUENT进行流场的动态仿真,最终得到速度、压力分布以及流量变化规律。结果表明:泵内大部分区域流速较低,速度变化梯度不大,间隙处存在剧烈的回流且流速较高;泵内静压呈块状分布,入口部分存在负压,最低压力位于两转子最小间隙处并分别向进出口增大,间隙处的动压与静压分布相反,由最小间隙处向进出口方向减小;转子泵的流量脉动频率与转子的叶数及泵的转速有关,与介质粘度无关,流量不均匀系数会因介质粘度的增加而有所改善。     

颗粒密度对动静叶栅内流动特性的影响

基于大涡模拟方法和Mixture多相流模型,运用CFD软件对泵工况下动静叶栅内的固液两相非定常流场进行了数值计算,分析了不同颗粒密度下动静叶栅内固液两相流动特性及流道内涡结构的演化规律。结果表明,颗粒密度增加时,离心泵扬程和效率出现小范围的增加;动叶栅进口负压区面积逐渐增大,静叶栅出口处压力逐渐增大;叶轮流道内旋涡个数增多;叶轮进口固相体积分数增大,固体颗粒在叶轮进口聚集。动叶的强剪切和较大逆压梯度作用是动静叶栅内涡流产生和演化的主要因素。