叶片数及分流叶片位置对离心泵性能的影响

应用CFD流场数值计算程序对两类不同长叶片、两类不同长短叶片和一类超短叶片配置的离心泵进行数值模拟,讨论叶片数、分流叶片不同径向位置及周向位置对离心泵内流场及整机性能的影响.结果表明,选择合理的叶片数和分流叶片的径向及周向位置,可以有效降低长叶片的负荷,有效提高泵的扬程和效率,避免叶片数过多引起的叶轮进口堵塞和叶轮流道内发生回流和漩涡.当离心泵分流叶片进口直径为叶轮直径的0.68,分流叶片向长叶片背面偏置5°,叶片数为4个长叶片和4个超短叶片时,离心泵的整体性能最佳.     

分流叶片对离心泵空化性能影响的数值预报

为研究分流叶片对离心泵空化性能的影响,采用Zwart-Gerber-Belamri空化模型对无分流叶片及4种具有相同分流叶片进口直径、不同偏置度的叶轮方案进行了数值模拟.结果表明:加分流叶片方案可使扬程提高10.81%～19.97%,分流叶片可使效率在小流量工况有一定程度的提高.加分流叶片方案的流道内气泡均有不同程度的改善,且空泡的体积变小,表明分流叶片可以抑制空泡的生长,分流叶片不同的偏置角度对空泡的抑制程度不同,偏置角度为6°时改善效果最为明显.加分流叶片方案的流道内流动更加稳定,分流叶片有效阻止了长叶片背面上流体的分离和脱流,改善了流道内的流线分布,当分流叶片偏置角度为6°时,叶轮流道内流线分布更均匀,出口的漩涡较小.     

离心泵叶轮内部三维湍流流动的分析

为研究离心泵内部伴有盐析的复杂液固两相流动问题,首先需要了解在清水状态下,其内部真实流动现象的物理本质．为此,基于N—S方程和标准的k—ε湍流模型,利用FLUENT6．1对清水状态下离心泵叶轮内部的三维湍流场进行了数值模拟,并运用先进的测量仪器PIV对改进设计后的化工离心泵叶轮内部流场进行了测量,给出了其相对速度分布图．同时,结合数值计算与试验研究。对离心泵叶轮内部流场进行了初步分析．试验结果表明,计算所采用的模型的修正方法基本符合离心泵内部流动的实际情况．     

离心泵变工况流场分析及数值模拟

针对一离心泵内部流场进行数值计算,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.在分析变工况离心泵内部流场的基础上,提出离心泵径向力数值预测的数学模型.分析结果表明,小流量工况时离心泵径向力最大,设计工况时径向力最小;小流量工况时径向力矢量方向在蜗壳第Ⅲ断面和第Ⅴ断面之间,大流量工况时径向力矢量方向在蜗壳第Ⅶ断面和隔舌之间,设计工况时总径向力在蜗壳第Ⅴ断面和第Ⅶ断面之间.对比径向力数值预测值和"Stepanoff"公式值的差异,设计工况时误差在2%之内,非设计工况时误差在5%之内.     

离心式叶轮内三维紊流场的数值模拟

对设计工况下离心压缩叶轮内三维紊流场进行了数值模拟，数值计算使用加罚有限元方法求解三维、定常、不可压缩，时均Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程和Ｋ－ε紊流模型方程。数值计算结果揭示了离心压缩机叶轮出口的射流－尾迹特性和二次流分布规律。本文的研究表明：加罚有限元方法具有预元复杂流场的能力，并且可以大大减小有限元方法的计算工作量。     

液力缓速器变叶片数的三维数值模拟

将液力缓速器动静结合面定义为内部边界,解决了流体出入口在同一平面内的问题.利用Fluent软件对不同叶片数的液力缓速器的内流场进行数值模拟,计算采用雷诺时均方程和k-ε湍流模型,计算结果显示了液力缓速器不同叶片数下的速度分布、压力分布规律,并对流场内部流动进行了分析和研究.结果表明,随着叶片数的增加,进出口面速度的大小有先增大后减小趋势.轴面流道涡旋范围先增加后逐渐减小;而叶片吸力面的低压区逐渐扩大;叶片数为36时压力面的静压分布最均匀.     

离心泵内部流场的三维空化湍流的数值计算

采用Singhal等人发展的一种三维混合流体完整空化湍流模型,基于RNG的k-ε湍流模型和SIMPLEC算法,对离心泵内部的全流道三维空化流动进行定常和非定常数值模拟.根据空化流动模拟计算的结果,得到定常和非定常情况下空化余量和扬程的曲线,与实验结果进行对比,说明计算结果能够真实反映离心泵内部空化流动的性能.进而有效地预测叶轮内部流道空化发生的部位和空化流动的发展情况,分析空化余量的降低对离心泵空化性能的影响.研究结果表明,所采用的空化模型和数值计算方法能够用于离心泵在设计工况下的空化性能的计算.     

提升离心泵小流量工况数值模拟精度的进口边界设置

为提高离心泵小流量工况下性能参数的预测精度,参考关死点工况数值模拟研究的现有文献,将一种开口边界作为吸水管进口条件应用于某离心泵的多个小流量工况,以试验测量结果为基准,与常规进口边界设置下的计算结果进行了性能参数及泵内流场的对比分析,研究了不同边界设置对于不同工况的适用性。结果表明:以吸水管进口处是否存在回流为判别标准,对于存在明显回流的工况,采用开口边界可以大幅提升扬程等性能参数的预测精度,而对于入流均匀无回流的工况,常规边界条件即可满足工程计算精度要求;采用开口边界可以在吸水管进口处释放回流而避免形成虚假漩涡,保证水力损失的合理预估,进而得到更为精确的离心泵特性曲线。因此,在计算离心泵的完整特性曲线时,可首先采用常规边界条件进行全工况的数值模拟,再根据进口回流情况调整进口边界设置,对少数小流量工况进行二次计算,确保特性曲线形状符合真实情况。     

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。     

带分流叶片水泵水轮机特殊工况内部流场特性

基于国内某抽水蓄能电站建立的水力模型并结合该模型试验报告,采用SSTk-ω模型计算带分流叶片水泵水轮机7.5°导叶开度下零流量工况附近的制动工况和反水泵工况,进行定常和非定常数值模拟,研究其内部流场压力分布、速度流线分布及径向力分布规律.结果表明:计算流体动力学数值计算可以很好地模拟分析带分流叶片水泵水轮机的内部流场特性;制动工况下的流态很差,涡结构充满整个流道引起水流拥堵且成不对称分布;反水泵工况导叶和转轮出现了严重的流动分离,水流在叶片中上游发生冲击;分流叶片的存在减小了负压区域,降低了汽蚀现象发生的可能性,有助于水轮机内部水流流动更加平稳;带分流叶片水泵水轮机的径向力在一个周期内的变化规律与转轮叶片数强关联,峰谷值个数与叶片数相对应.     

离心泵叶轮内部固液两相流动的大涡模拟

为提高离心泵的抗磨蚀能力 ,对泵内固液两相流的流态进行深入研究。在多相紊流运动双流体模型的基础之上 ,建立了两相紊流运动的大涡模拟。利用大涡模拟 ,对离心泵叶轮内部的固液两相流动进行数值计算。计算结果得出液相压力分布和相对速度场 ,及固相的颗粒数分布和相对速度场。其中压力和颗粒的分布与同一离心泵在日本所做合作研究量测的实验结果进行比较 ,两者相互吻合     

离心泵压水室内部流动数值模拟

基于标准的κ-ε双方程紊流模型,采用SIMPLEC算法,在贴体坐标系下,通过求解三维Navier—Stokes方程,对一离心泵压水室内部流动进行了数值模拟和分析,得到了内部流动的主要特征、研究表明：按常规水力设计方法设计的压水室,在压水室径向断面内存在明显的二次流．速度矩也有明显的梯度．这些流动现象可能是导致压水室损失较大的主要原因．     

高比转数离心泵叶轮内空蚀两相流动的数值模拟

为了研究高比转数离心泵内部的空蚀流动,采用完整空化模型和混合流体两相流模型对比转数为177的离心泵全流道内空蚀流动进行定常数值模拟.根据计算结果,分析液相和空泡相主要流动特征及叶片上的静压分布,揭示叶轮内空蚀两相流场的内在特征,结果表明预测得到的空蚀现象与实际离心泵受空蚀现象的影响与破坏情况基本一致.     

含沙水流中粒径对离心泵叶轮磨损特性影响的数值分析

采用雷诺时均N-S方程、RNG k-ε模型和相间耦合SIMPLE算法,以含沙水为介质,选用离散相模型和Finnie的塑性冲蚀磨损模型,运用冻结转子法,对一台200SH-9.3单级双吸离心泵内固液两相流动进行全三维数值模拟.获得不同粒径时叶片工作面、背面、轮缘内侧面及轮毂面磨损强度及固相体积分数的变化规律,并且对主要磨损部位的磨损深度进行预测.通过对比清水介质时泵外特性试验数据以及磨损试验数据与数值模拟结果,验证了数值计算方法的可靠性.结果表明:随着粒径的增大,叶片工作面、背面、轮缘内侧面和轮毂面的磨损强度增大;叶片工作面的主要磨损部位集中在进出口及靠近轮毂一侧,叶片背面主要磨损部位集中在进口及靠近轮毂一侧;叶轮主要磨损部位的磨损深度预测值与实际磨损结果基本一致.     

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。     

小粒径固液两相流在螺旋离心泵内运动的数值分析

针对螺旋离心泵内固液两相流动比较复杂的情况,以黄河含沙水为工作介质,采用改变沙粒粒径和含沙水体积分数的方法,对小粒径颗粒在螺旋离心泵内的流动进行了数值模拟.通过内流场的速度、压力与颗粒分布,分析了粒径大小对泵内固体颗粒运动的影响和进口固相初始体积分数对泵内压力和固相分布的影响,得出压力沿叶轮工作面和背面的分布规律以及固相体积分数沿叶轮轴面、叶片背面和工作面的分布规律,并在此基础上给出了螺旋离心泵内的磨损特性.     

带分流叶片叶轮的模型重建及气动特性分析

利用imageware和UG软件,采用基于特征的重建方法,完成一种带分流叶片叶轮的实体模型重建;运用Ansys软件实现了重建叶轮的气动特性分析,给出了叶轮在不同转速下的流量特性曲线,具体分析了叶轮在某流量下的速度和压力分布.结果表明,重建的叶轮等熵效率高,安全工作范围比较宽广;叶轮流道内气体流动稳定、压力增加均匀.     

转速变化对离心泵性能影响的数值模拟

以1200S56型双吸离心泵为研究对象,通过Fluent软件,运用雷诺时均方程和RNGk-ε湍流模型,结合SIMPLEC算法,对其8个转速下的5组相似工况进行三维全流道数值模拟.由模拟结果分析相似工况点上泵内部流场的变化情况,发现在相似工况下泵内部流场高度相似,符合泵的相似理论.由数值模拟结果计算各工况的性能参数,得出数值模拟预测值相对于比例定律计算值的误差.结果显示,转速变化时,泵的效率下降很小,而扬程、功率的相对误差多数都在1％以内,说明比例定律能较好地反映泵的性能参数随转速的变化情况.     

无过载离心泵内部流场的三维数值模拟

采用标准k-ε湍流模型和SIMPLEC算法,对最大轴功率值小于1.1倍的额定功率值的无过载离心泵进行数值模拟,得出叶轮内流道的压力和速度分布规律,为无过载离心泵的性能预测、水力设计及优化设计提供依据.根据泵进出口速度、压力分布规律,预测泵的能量特性曲线.结果表明,叶轮内工作面相对速度较小,背面相对速度较大;从工作面到背面,相对速度大小变化较大;从进口到出口,沿相对运动流线方向上相对速度变化不明显;叶轮内没有出现边界层分离;蜗壳几何结构的非对称性以及蜗壳与叶轮的相互作用是导致泵内流场不对称的主要原因.