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.     

离心式无堵塞泵不等扬程的优化设计与试验

为了使离心式无堵塞泵满足多工况运行的要求,采用不等扬程水力设计方法对模型泵100QW110-16-7.5的叶轮进行优化设计,并结合计算流体力学数值模拟技术分析由原始方案和新方案所得叶轮的内部流场分布,同时,在模拟的基础上对模型样机进行了性能测试.结果表明:采用新方案所得叶轮对流体做功更充分,其流线在不同工况下的分布更均匀、流畅,能够改善泵内流体的流动状况;由新方案所得模型泵在额定流量下的扬程为16.89m,效率为83.11%,已达到节能级离心式清水泵的产品性能要求,在小流量工况下无马鞍区、振动较小,大流量下高效率区的范围较宽,处于0.8q~1.3q且其无堵塞性能优于原始方案;由新方案所得模型泵性能的预测曲线与试验结果基本吻合,最大误差为7.56%.     

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。     

2叶片潜水搅拌机叶轮内部流场特性

为研究2叶片潜水搅拌机叶轮内部流动规律,利用Fluent 6.3大型计算流体力学软件,采用RNG k-ε湍流模型和SIMPLE算法,对2叶片潜水搅拌机搅拌的污水处理池进行数值模拟,分析了2叶片潜水搅拌机叶轮内部流场、压力和速度环量的分布情况.结果表明:叶轮内从叶片工作面到叶片背面流体速度梯度、压强梯度明显;叶片工作面附近流体流速低、压力高,在叶片背面有高速区和负压区;叶轮进出口轴面速度均呈抛物线分布,进出口速度环量变化较为平缓;叶片出口轴面速度均呈近似等轴面速度分布,进出口速度环量呈线性规律分布;叶轮内部流动稳定,这种流型设计可以较好地减少2次回流,叶轮可以高效运行.     

斜流式泵喷水推进器内部流动不稳定性分析

为了揭示斜流式泵喷水推进器的内部流动规律,利用多重参考系法,选用标准k-ε湍流模型和SIM-PLE算法,对不同工况下斜流式泵喷水推进器进行了数值模拟,分析了泵内部流动与其不稳定性之间的关系及叶轮叶片表面的压力分布规律.结果表明：扬程系数ψ与Q/Qbep曲线在流量为0.65Qbep～0.67Qbep工况下出现了正斜率（Q为工况点流量,Qbep为最佳设计工况点流量）,主要原因是导叶进口轮毂处的回流撞击叶轮出口流动,使其产生流动分离,最终形成旋涡,导致内部流动不稳定,从而使压力上升;在流量为0.65Qbep和0.85Qbep工况下,导叶内均出现回流,回流区域及回流速度随流量减小而增大.模拟分析说明斜流式泵喷水推进器在小流量工况下运行具有不稳定性.     

叶片圆盘泵固液两相流动规律数值模拟

为研究叶片圆盘泵内流动规律,将叶片圆盘泵叶轮分为无叶区和叶片区,采用多重参考坐标系法模拟叶轮在泵体内的转动.采用Eulerian多相流模型、RNG k-ε湍流模型与SIMPLEC算法,利用Fluent软件对叶片圆盘泵内固液两相湍流进行数值模拟.在水力性能试验验证的基础上,得到叶轮无叶区和叶片区内压力和速度变化规律,以及固相体积分数分布规律.结果表明:旋流是叶轮无叶区内主要流动方式,无叶区内较大部分是低压区,存在叶片区高能流体流向无叶区的轴向流动;固相颗粒大部分集中于无叶区,叶片区颗粒浓度最高是在叶轮出口叶片工作面靠近无叶区处.分析认为大部分固体颗粒直接从无叶区排出而不经过叶轮叶片区是叶片圆盘泵具有良好固相通流能力而又对叶轮磨损较小的原因.     

大型塑料泵叶轮的内部流场分析

为了获得大型塑料泵叶轮的内部流场液流压力、速度分布状况,从而为设计叶轮提供依据,首先根据给定的工况条件以及塑料泵叶轮的结构参数,运用Pro/E建立塑料叶轮的三维模型,然后运用CFD软件对其进行网格划分.通过对泵内叶轮运动时的内部流场数值模拟,获得了内流场的压力、速度等分布图.经过分析对比,得出叶轮工时的主要受力部位在叶片工作面出口处.     

离心压气机实际气体三维粘性流场分析

应用时间推进法求解连续性方程、时均N-S方程、能量方程、实际气体状态方程及Yang＆Shih紊流模型,对压缩重介质实际气体(丙稀)的大流量离心压气机整级流场(闭式叶轮、扩压器、弯道及回流器)进行了数值分析,其中实际气体的热力学属性均表示成温度的函数.分析了压缩实际气体丙稀时模型级内部尤其是弯道及回流器内部的流动规律,将计算结果与丙稀作为理想气体时模拟的结果进行对比分析,并与实验值进行了比较.结果表明:采用实际气体模型进行模拟时压气机性能更接近于实际性能.压缩实际气体及理想气体时叶轮内部速度分布及模型级出口参数是不同的,叶轮出口流场参数分布差别主要集中在轮盘、轮盖两侧.沿弯道及回流器中央流线的压力系数差别显著,模型级出口理想气体的压力系数明显高于实际气体.为了加快收敛,计算时采用了隐式残差平均法及完全多重网格技术.     

离心泵进口回流流场及其控制方法的数值模拟

在小流量工况下运行时离心泵叶轮进口会产生进口回流现象.采用标准κ-ε湍流模型,应用ANSYS CFX软件对不同工况下低比转速离心泵进口处的三维湍流场进行了数值模拟,分析了流场内的速度分布.为减小进口回流的危害,提出了在离心泵进口加注高压水的回流控制方案.对注入不同压力的高压水后,数值分析了进口流场的速度分布和回流漩涡的形态变化,并对比分析了回流控制效果以及离心泵扬程和效率.结果表明:在进口处注入高压水能有效改善回流发生时的流场速度分布,减弱回流强度,降低回流发生的关键流量点;但高压水的注入在设计流量和大流量范围内还会降低泵的扬程和效率;综合考虑各种因素后选择在该叶轮进口处注入0.10 MPa的高压水作为本模型泵的回流控制方案.     

对旋式轴流泵全流道三维定常紊流场的数值模拟

为研究对旋式轴流泵的内部流场特性及前后叶轮之间的流场干涉情况,应用标准k-ε紊流模型和SIMPLEC算法进行了定常三维紊流流场的数值模拟,得到了叶片吸力面与压力面、过渡干涉面、全流道下4个轴向位置的径向剖分面和3个径向位置轴向剖分的周向截面的压力分布及等值线图。应用数值模拟的结果能够获得前置叶轮、后置叶轮及整个泵各自的外特性,还可以帮助直观地认识对旋式轴流泵内部流动的耦合与干涉机理,指导水力模型设计。