基于CFD技术的超低比转速离心泵叶轮的优化设计

应用正交试验的方法,针对影响复合式叶轮短叶片设计的叶片数、叶片径向进口的相对位置、叶片周向偏置度和偏转角4个主要因素,组合出16种不同叶片型式的复合式叶轮,分析各个因素水平对离心泵性能的影响趋势.利用CFD技术分别对常规叶轮和复合式叶轮两种方案进行数值模拟和性能预测,得到超低比转速离心泵优良的水力模型,实现对离心泵叶轮的优化设计.     

无过载超低比转速离心泵水力设计

在比转速n_s<30时通常不再设计成离心泵,因为泵效率较低,轴功率曲线太陡极易产生过载现象,笔者首次较详细地研究超低比转速离心泵的无过载设计方法,针对n_s=23微型离心泵,给出叶轮主要几何参数D_2、b_2、β_2、Z、φ的选取原则和叶片平面流道的绘型。文中还给出测试结果和性能曲线。研究表明;只要设计合理,n_s<30时完全可以设计成效率较高的无过载离心泵。     

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.     

低比转速离心泵复合叶轮内部流动的数值计算

采用奇点分布法对普通结构型式的低比转速离心泵叶轮内部流动进行数值计算,通过对由长、短叶片构成的复合叶轮内部流场的实例计算,验证奇点分布法的可行性与适用性.实例计算结果表明:该方法不仅可行、适用,而且显示出一些突出的优越性.指出该方法在计算过程中相关参数的选取对计算结果的影响,并提出这些参数取值范围的建议.     

低比转速离心泵叶轮的水力设计数值方法

低比转速离心泵叶轮因扬程高、流量小、流道长而使内流状态复杂,其水力设计普遍采用基于相似理论的方法,叶轮水力性能高度依赖叶轮模型和设计者的经验.综合考虑相似理论设计经验成熟和叶轮空间流动理论设计的优势,采用二元流动理论,应用准正交线法绘制轴面流网,结合欧拉能量方程,进行轴面速度的迭代计算,根据轴面速度的分布要求,不断优化...     

缝隙引流叶片对低比转速离心泵性能的影响

低比转速离心泵由于叶轮直径大、出口宽度小、流道扩散严重等原因,导致其效率偏低且很难改善.缝隙引流技术可大幅提高低比转速离心泵的性能.为进一步分析缝隙引流技术对不同低比转速离心泵性能的影响,设计3种不同比转速的常规叶轮和缝隙引流叶轮.为便于分析比较,将同一比转速的叶轮在同一蜗壳内进行实验.实验结果表明:缝隙引流技术可有效地提高扭曲叶片叶轮的性能,且对不同低比转速离心泵性能的影响程度和影响区域不同;缝隙引流叶片包角和缝隙越小,对泵性能的改善越有利.     

中低比转速离心泵叶轮几何参数优化

中低比转速离心泵效率普遍不高,主要因素是泵的圆盘摩擦损失过大,而圆盘摩擦损失又和叶轮直径的五次方成正比,针对这一特点,提出了以减少泵的圆盘摩擦损失为目的方法,即以叶轮直径最小为目标函数,综合考虑叶轮进口直径、叶轮叶片进出口安放角,叶轮叶片数等设计变量,建立相应的数学模型,通过优化计算,获得满足一定扬程和流量的上述参数的最优组合,从而提高中低比转数离心泵的效率,缩短泵的设计周期.     

蜗壳出口位置对低比转速离心泵性能的影响

为了研究蜗壳出口位置对低比转速离心泵性能的影响,在保证蜗壳基圆、前八断面面积及形状、蜗壳出口直径和中心高相同的前提下,改变蜗壳出口位置,分别设计出A、B、C三种型号蜗壳.以清水为介质,基于雷诺平均法、RNG k-ε湍流模型,对比转速为46的离心泵进行数值计算.结果表明:三种不同出口位置情形时离心泵的外特性变化趋势基本一致,但最高效率值有所不同,在各个工况点,C型的效率均高于A、B型,且三者的高效区均向大工况偏移;三种型号蜗壳的离心泵,在各自相应工况下,叶轮进口处的静压分布、湍动能分布和流线分布大致相同,而叶轮出口及蜗壳流道中三者的变化较大,表明改变蜗壳出口位置对叶轮进口处内流场的影响较小,主要影响叶轮出口及蜗壳流道中内流场的变化.     

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.     

低比转速离心泵的面积比原理

依据离心泵的面积比原理,提出了建立在面积比原理基础上低比转速离心泵在加大流量设计后计算面积比、第八断面面积的方法及计算公式,此面积比和第八断面面积与泵的流量加大系数、比转速加大系数有关,解决了依据经验统计值确定面积比且不能使低比转速离心泵在设计点效率最高这一问题.实例表明:提出的计算方法能够提高低比转速离心泵的效率,充实了低比转速离心泵的设计理论.     

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.     

低比转速离心泵加大系数的计算方法探讨

依据离心泵叶轮出口宽度、比转速的计算式推导得出了计算低比转速离心泵流量、扬程及比转速放大系数的计算公式,提出了建立在离心泵性能预测基础上的理论计算低比转速离心泵最佳流量、扬程及比转速放大系数的方法,解决了泵行业一直依据经验统计值确定其放大系数不能使低比转速离心泵在设计点效率最高的问题．经实例验证表明：本文提出的方法能够提高低比转速离心泵在设计工况点的效率,充实了低比转速离心泵的设计理论。     

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．     

螺旋离心泵叶轮区域漩涡空化的计算与分析

在一定工况下,螺旋离心泵内部由经过轮缘间隙的二次流所导致的漩涡涡核低压处会发生漩涡空化,由于螺旋离心泵流道宽阔,该漩涡空化可以得到充分发展.为了研究水力机械内部的漩涡空化特征,应用CFD软件对一台螺旋离心泵的空化特性进行数值模拟计算,分析螺旋离心泵内部发生漩涡空化时的流动规律,捕捉到了该泵内部漩涡空化的分布规律,发现漩涡空化的发生及发展受叶顶间隙压差和叶轮内部压力分布两个因素的共同影响.     

离心泵的进口几何参数对泵空化性能的影响

为了改善离心泵内的空化性能,基于κ-ε湍流模型和SIMPLEC算法,对一个比转数为131.87的单级单吸型离心泵进行空化性能的模拟计算,通过改变叶轮进口直径、叶片进口安放角,分别对改变几何参数后的离心泵进行全流场数值模拟.设计泵的进口直径为150 mm,改变后的尺寸分别为155mm和160mm,模拟计算结果表明,离心泵...     

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.     

3叶片离心泵内流场的PIV测量

采用加大设计流量的方法设计了一副3叶片低比转数离心泵叶轮,利用2DP IV系统测量设计转速时4种不同流量工况下同一叶槽内的流场,获得了叶槽内的瞬时流场图,进一步处理得到流场的速度矢量图和等值线图.测试结果表明,叶槽内部的流动呈非对称状态,在进口部位压力面存在局部低速区,可能产生回流.此项研究为改进叶轮设计方法提供了依据.     

基于CFD紊流计算的离心泵叶型优化设计

在对离心泵内部流场进行全三维数值模拟的基础上,建立了叶片型线优化设计的数学模型.以叶片长度最短为目标函数,叶轮相对半径r=-0.5处无回流为约束条件,讨论了该模型优化计算的方法.在离心泵叶轮的基本外尺寸给定的情况下,运用该数学模型,研究基于高次曲线的离心泵叶型优化设计命题,采用黄金分割法获得了优化叶轮C2.将叶轮C2和C1进行同台试验对比,其中C1也是三次曲线叶型,与传统的单圆弧叶型非常接近,C1与C2相比,仅叶片的包角不同.研究结果表明:叶轮C2的总体性能优于叶轮C1,优化设计数学模型合理.