双吸双流道泵流动特性研究

为探讨双吸双流道泵的内部流动规律,本文基于CFD性能预测方法,计算泵在不同时刻和不同工况下的速度-压力分布,探讨其蜗壳喉部的速度分布和蜗壳内部的压力脉动。研究结果表明:叶轮进口处的流动状态与普通叶轮相差较大,在流道的工作面上存在脱流和旋涡。叶轮流道旋转至隔舌左侧靠近蜗壳出口时,叶轮流道以及蜗壳喉部的速度-压力分布均匀。各监测点为低频振动。此项研究可为进一步优化此类泵提供一定的参考。     

介质黏度对旋涡泵内流场及外特性的影响机理分析

为分析介质黏度对旋涡泵不同工况下的内流场及外特性的影响，由数值模拟方法分别对不同介质黏度和不同流量工况下的旋涡泵内流场结构及其外特性进行对比分析。分析结果表明：叶轮及侧流道内流动沿叶轮旋转方向从泵的进口至出口逐渐趋于稳定，各纵向截面上存在明显的纵向旋涡和径向旋涡，随着流量的增大，叶轮及侧流道内的纵向旋涡及径向旋涡强度逐渐减弱，叶轮做功能力逐渐降低，泵的扬程逐渐下降，叶轮内湍动能耗散及叶轮内的涡量分布均随着流量的增大而减小。随着介质黏度的增大，各纵向截面上的纵向旋涡和径向旋涡强度均逐渐减弱，旋涡泵内湍动能耗散随粘性的变化更为显著，其随着介质黏度的增加而显著增大。在各流量工况下，旋涡泵的扬程及效率均随着介质黏度的增加呈下降趋势；在小流量时，扬程及效率随黏度的增大而下降的趋势较为平缓，但在大流量工况时，扬程及效率随着黏度的增大而急剧下降。     

交错叶片对双吸离心泵性能特性影响分析

为了积极响应及实现国产化要求,对原进口泵进行整机国产化研制,通过数值模拟分析了叶轮叶片交错角度为0°、15°、30°时离心泵内的流态和压力脉动。结果表明:随着叶片交错角度的增大,小流量工况下,扬程值逐渐降低,效率值无明显变化;大流量工况下,扬程值和效率值逐渐增大;额定工况下,随着叶片交错角度的增大,压出室对称分布的两个单独流道同一位置处静压值逐渐增大,相对速度值逐渐减小,而叶片处的相对速度值无明显变化。压出室内压力脉动幅值随着叶片交错角度的增大出现明显的减弱现象。同一叶片交错角度下,随着压出室过流断面的增加,压力脉动幅值逐渐减小,隔舌位置处压力脉动幅值受动静干涉作用最大。站场运行结果表明,叶片交错角度为30°的国产泵较原进口泵振动值减小、耗能降低、泵运行平稳且效率高。     

双流道泵内非定常流动数值模拟及粒子图像测速测量

为探讨双流道泵内部的非定常流动机理,采用Fluent软件,基于滑移网格技术、 湍流模型计算了一双流道泵在不同工况下的内部流动,并将计算结果与粒子图像测速仪(Particle image velocimeter, PIV)实测结果进行比较。结果表明：计算所得双流道泵内部流场符合叶轮机械内部流动的一般规律,且与PIV实测结果总体变化趋势一致;由于双流道泵结构特殊,其进口处的流动状态与普通叶轮相差较大,出口处的流动状态与普通叶轮类似;叶轮进口处,流体基本沿流道吸力面流动,流道工作面上的相对速度很小,存在严重的脱流和旋涡;叶轮出口处,压力面和吸力面的速度趋于相等,射流—尾迹现象并不明显;由于叶轮—蜗壳动静干涉,两个叶轮流道内的静压分布有所不同;同一流道内,静压随着半径的增加而逐步增大,压力面侧静压大于吸力面侧;蜗壳流道内静压随半径增大,最大静压值在隔舌处。此项研究不仅加深了人们对双流道泵内非定常流动图画的理解,从而进一步完善双流道泵设计方法,同时也可为其他类型泵的内流研究提供借鉴。     

多级离心泵扬程预测及内部流场数值模拟

为了研究多级离心泵的性能及其内部流场分布,采用SST k-ε湍流模型对原型泵的首级、第二级及第三级叶轮进行定常和非定常数值模拟计算,分析其外特性、内部流场和压力脉动。研究表明,通过前三级叶轮的扬程能较准确地预测原型泵的扬程。不同流量工况下隔舌处均易出现低压区域,大流量工况蜗壳出口近隔舌处也易出现局部低压区和高压区,隔舌处压力梯度较大。小流量下首级叶轮近隔舌区域的压力脉动不稳定,周期性较差,频域幅值主要集中在低频率区域;对于设计流量和大流量工况,首级叶轮近隔舌区域和远离隔舌区域的压力脉动较为稳定,呈现出较明显的周期性,主频在1倍和2倍叶片通过频率处,频域幅值主要集中在叶片通过频率及其高次谐波频率处。     

基于DES的离心泵内部瞬态流动数值研究

为了阐明变工况运行条件下离心泵内部瞬态流动特性,评价其瞬态水力性能及其压力脉动特性,提高离心泵的运行稳定性,基于DES分离涡模型,在小流量、额定流量和大流量工况下对泵进行了性能预测和数值模拟。与试验结果比较发现,性能预测结果和试验结果吻合较好,额定工况下泵内部流动参数梯度变化均匀。在此基础上,在泵内部设置p1～p9压力脉动监测点,通过对监测点的压力脉动时频分析,表明进口流道p1压力脉动频率与叶频的倍频保持一致,以低频脉动为主;受隔舌结构影响,出口流道p6压力脉动频率的脉动幅值较大,以高频脉动为主。比较叶轮旋转第1～第6圈静压分布和涡量分布规律,第3圈后叶轮内部流动趋于稳定,第6圈后蜗壳内部流动达到稳定,表明离心泵叶轮和蜗壳内部涡团的演化过程非同步。     

汽车冷却水泵小流量工况下非定常空化特性研究

针对汽车冷却水泵的空化问题,对小流量工况下非定常空化特性及其对压力脉动的影响进行了研究。采用SST k-ω湍流模型和Zwart-Gerber-Belamri (ZGB)空化模型,对水泵在典型空化状态下的流场进行了数值模拟研究,得到了小流量工况下叶轮内的非定常空化流动特征和空泡的时空演变规律;对蜗壳上的压力脉动进行了频谱分析,得到了不同空化条件对压力脉动的影响;通过泵的空化实验,对数值模拟结果进行了验证。研究结果表明:随着空化余量的减小,各监测点压力脉动峰的峰值和主频幅值逐渐增大,特别是隔舌位置处的压力脉动变化最为显著;泵内的空泡表现为不对称分布,主要集中在叶片前缘位置以及后盖板靠近叶轮进口位置,并随着空化的加剧,空泡体积分数逐渐增大。     

离心泵作透平最佳工况点下的瞬态流动特性分析

为揭示离心泵作透平在最佳工况点下主要过流部件的瞬态流动特性,采用修正的PANS模型对一台比转速为90的离心泵作透平的瞬态流动特性进行数值模拟,通过试验验证数值计算的准确性;根据叶片的进、出口速度三角形计算理论最佳工况点,并对最佳工况下叶栅内部的流动规律进行预测;对蜗壳、叶轮在最佳工况点下的内部瞬态流动特性进行分析。结果表明,叶轮理论进、出口最佳工况点分别为55 m³/h、108 m³/h,实际最佳工况点为80 m³/h;叶片与蜗壳隔舌的动静干涉会促进隔舌前缘旋涡的脱落,当叶轮前缘与隔舌前缘平齐时,蜗壳内压力脉动强度最低;叶栅内旋涡的脱落频率约为2f_n,涡量的演变主要由其输运方程中的拉伸项及科氏力项共同主导;吸力面附近涡量的演变对叶轮前、中部流道内的压力脉动影响较大,而叶片尾缘涡量的演变对叶轮出口处的压力脉动影响较大。研究结果可为提高离心泵作透平在余能回收系统中的运行稳定性提供参考。     

隔舌角度与基圆直径对双吸泵振动的影响

为了研究隔舌间隙对双吸泵振动的影响,通过改变隔舌角度和基圆直径的方法来调节叶轮与隔舌之间的间隙,采用Realizableκ-ε二方程模型对双吸离心泵全流道进行定常数值模拟。计算得到不同隔舌角度和基圆直径的离心泵内部流场的压力和速度分布情况,同时采用速度脉动度概念分析蜗壳内的速度混合情况。结果表明:蜗壳内随着半径的增加,其速度脉动度逐渐减小;适当增加基圆直径和隔舌角度可以减小蜗壳内的速度脉动度,为双吸离心泵设计提供有益的参考。     

超低比转速复合式离心泵内部流动特性分析

为研究超低比转速复合式离心泵内部流动特性,以一台比转速为16、半开式复合叶轮离心泵为研究对象,应用ANSYS-Fluent19R1软件对模型泵进行三维全流场数值模拟计算,得出泵内部流场及作用在叶轮、蜗壳上的径向力分布规律。结果表明:在不同流量工况下,随着流量的增加,在隔舌附近出现较大的压力梯度;在长叶片与短叶片相间隔流道内低速区面积较大、叶轮出口处分布较多的旋涡;当流量从0.2倍增加至1.8倍额定流量时,作用在蜗壳上的径向力幅值逐渐减小,作用在叶轮上的径向力幅值先减小后增加,在1.0倍额定流量时径向力幅值达到最小,而后增大。为超低比转速复合式离心泵的设计优化提供参考。     

双叶片离心泵内固液两相流压力脉动研究

双叶片固液两相流离心泵送广泛应用于农业、电力、环保、食品及采矿等行业。采用mixture模型对双叶片离心泵固液两相流进行了非定常瞬态模拟,研究了工况和颗粒物性(固体颗粒的直径、密度和体积分数)对泵内压力脉动的影响。结果表明:与输送清水相比,不同流量下加入适当的颗粒能够降低蜗壳周向及隔舌顶端处压力脉动,最大降幅达39.62%;随着颗粒粒径的增大,蜗壳压力脉动先增大后减小;随着颗粒密度和颗粒体积分数的增大,蜗壳内压力脉动均逐渐增大,最大增幅分别为5.32%和6.97%;隔舌顶端处压力脉动随颗粒密度的增加而增大,但随颗粒粒径和体积分数的增大,均呈现先增大后减小的趋势;隔舌顶端处的流动冲击会降低压力脉动的主频。     

高速离心泵的压力脉动特性分析

为揭示高速离心泵的水力不稳定性,采用雷诺时均方法和SST k-ω湍流模型,对一带前置诱导轮和半开式复合叶轮的高速泵进行了不同工况下三维非定常湍流数值模拟,得到了泵内部流场特性及泵内监测点的压力脉动情况,并对其进行了频谱分析。结果表明,由于诱导轮、叶轮与扩压器的动静耦合作用,高速泵内存在比较明显的压力脉动。叶轮域从叶片入口到出口,压力脉动的峰峰值逐渐增加;相同径向位置处工作面的压力脉动明显高于非工作面。叶轮内压力脉动的频率为3fr(导叶叶片数×叶片通过频率)及其倍频,主频为3fr。导叶扩压器域内隔舌位置处的压力脉动峰峰值最大。随着水流向下游流动,扩压器内的压力脉动逐渐减小。螺旋线部分压力脉动的主频为3fr,与诱导轮叶片的通过频率相吻合。扩散段部分压力脉动的主频为7fr,与叶轮长叶片的通过频率吻合。     

离心泵蜗壳内部非定常流动测量

利用LDV（激光多普勒测速仪）在最优工况和小流量工况下测量了比转速为93的单级悬臂蜗壳离心泵输送水时蜗壳内的非定常流动。研究表明,蜗壳内液体速度随叶轮转过角度呈周期性脉动。随着测量点离叶轮出口距离的增加,液体圆周分速度衰减较快,变得越来越均匀,周期性脉动越来越弱。速度波动值随测量点与叶轮出口距离增大而减小,其波动幅度占速度平均值的30％-70％。液流角波动值比速度波动值高1—2个数量级。离隔舌越近,速度和液流角波动值越大,隔舌对非定常流动的影响越显著。小流量工况的速度和液流角波动值比最优工况高。流动沿叶轮圆周是非轴对称的。蜗壳内流动是扩散的。小流量工况下,蜗壳流速比最优工况更不均匀,扩散更严重。     

炉水循环泵内部流动特性研究

炉水循环泵是机泵一体的高温高压无轴封泵,运用ANSYS-CFX软件对365WLB-965型炉水循环泵样机的内部流场进行数值模拟和试验验证。结果表明,在常温常压工况下,数值模拟与真机试验的扬程及效率变化趋势大致相同,扬程基本相符,模拟效率高于真机试验效率。在高温高压小流量工况下,叶轮内部存在少量旋涡,导叶内部旋涡较多;随着流量的增大,流动更加稳定,叶轮流域速度分布更加均匀,导叶内部旋涡越来越少;在1.2Q流量时,流动最为稳定;流量继续变大时,旋涡重新出现,但相对稳定;泵体内部流动紊乱,旋涡较多,局部存在低压区;球体截面直径减小的过程中,旋涡越来越多,旋涡随流量的增大逐渐减少,流动速度随流量的增大逐渐增大。炉水循环泵应避免在小流量区运行,可对其导叶进行优化设计来提高炉水循环泵样机额定工况下的性能。     

叶顶间隙对汽车水泵压力脉动影响的数值研究

汽车水泵作为汽车冷却系统中的重要部件,对发动机性能有着重要的影响。基于SST k-ω湍流模型,对不同尺寸下叶顶间隙的汽车水泵进行了非定常数值计算,研究了其内部流场和压力脉动特性。结果表明:在不同的叶顶间隙下,泵内流场的压力脉动特性均表现出明显的周期性变化,各监测点压力脉动峰值均出现在叶频处,同时随着叶顶间隙的增大,叶片上和蜗壳内的压力脉动是逐渐减弱的;泵内压力梯度也随着叶轮旋转呈现周期性变化,随着叶顶间隙的增大,叶轮、蜗壳和叶顶间隙上的压力是逐渐减小的;叶轮流道内和蜗壳出口处均出现二次流回流旋涡,随着叶顶间隙的增大,叶轮流道内涡强度减弱,蜗壳出口处涡强度加剧。     

变工况下气液两相液力透平的性能分析

利用ANSYS CFD软件对基于泵反转的液力透平进行了全三维定常和非定常数值计算,研究了变工况下气液两相液力透平内的气体分布、压力脉动、速度矩分布以及水力损失等性能。对不同工况进行的计算结果表明:小流量工况和最优工况时蜗壳、叶轮内的相对平均静压力和主频振幅都随着含气率的增加而减小;大流量工况稍有不同。蜗壳出口的速度矩呈阶跃分布,阶跃个数与叶轮叶片数相同,同一工况含气率对速度矩的影响不大;高含量率时透平叶轮出口气体出现聚集现象,含气率越高,流动过程中的水力损失越大。本文对研究气液两相介质下的液力透平性能具有一定的参考意义。     

旋涡泵内纵向旋涡影响机理分析

为进一步研究旋涡泵内部流场特点,阐述旋涡内纵向旋涡对旋涡泵外特性的影响机理,本文通过试验测得某旋涡泵的流量-扬程特性曲线,并与数值计算结果相对比,验证SST k-ω湍流模型应用于旋涡泵数值计算中的准确性;通过分析6个轴向截面和15个周向截面的流场特征,研究纵向旋涡的形成和消失与压力速度变化的联系。结果表明:旋涡泵内可分为进口区、加速区、线性区、减速区、出口区和隔舌区;旋涡泵叶轮与流道的动量交换不仅仅发生在叶根和叶尖区域;线性区内纵向旋涡周期性的产生与消失使流体压力升高了总压升的85.7%;出口区和隔舌区内纵向旋涡的消失使进口区压力突降了35%,隔舌区速度突降了60%。     

立式轴流泵水力不稳定工况流场数值预测

为了研究轴流泵位于水力不稳定工况的流动特性,基于N-S方程以及RNGκ-ε湍流模型,对轴流泵进行三维湍流数值计算。预测得到设计工况下的扬程与模型参数接近,说明所采用的数值计算方法可以较为准确地预测轴流泵内部流动特性。计算结果表明:在0.35Q_d至0.5Q_d流量区间内,轴流泵的流量-扬程曲线呈现正曲率特性,此区间内流量工况即为其水力不稳定工况;伴随着流量由设计工况Q_d依次减小至0.5Q_d和0.35Q_d的过程中,轴流泵内部流态逐渐恶化。在0.35Q_d工况点,叶轮进口前水流存在强烈的预旋,进口存在漩涡导致流体不能有效进入叶轮室,同时叶轮室内流体脱流现象严重,严重堵塞流道,致使叶轮无法有效对流体做功。     

隔舌形状对离心泵水力性能的影响

为了探讨蜗壳隔舌形状对离心泵水力性能的影响,本文以一台中比转速离心泵为研究对象,采用数值模拟的方法得到离心泵定常时的内外特性以及非定常时的压力脉动特性。研究结果表明,隔舌安放角在大流量下对离心泵的外特性影响较大,小流量及设计工况下影响较小,在设计工况下存在一个最佳的隔舌安放角使其效率最佳。随着隔舌安放角的增大,离心泵的蜗壳隔舌和出口处的压力增大,湍动能分布更为均匀,靠近隔舌处的高速区面积增加,同时蜗壳出口处的低速区范围加宽。非定常情况下的压力脉动呈周期性变化,且压力脉动随隔舌安放角的增加而减小,当隔舌安放角越大时变化的差异越小,说明适当增大隔舌安放角有助于改善离心泵的内部流动情况以及减小离心泵的压力脉动,提高其水力性能。     

旋流泵内部非定常压力脉动分析

为了深入分析旋流内部流场的压力脉动特性,建立旋流泵数值计算模型,基于标准k-ε湍流模型,开展旋流泵内部流动结构的非定常计算,分析旋流泵进口、出口及压水室的监测点的压力脉动情况,探讨各处压力时域与频域图变化规律,并对脉动特性进行试验验证。结果表明:不同工况下旋流泵压力波动呈现明显的周期性变化;叶轮与隔舌处的干涉作用是压力脉动的来源,隔舌处的脉动主频以叶频为主;旋流泵内部充满大量回流与漩涡,也是造成流动不稳定的因素,该研究结果为旋流泵的稳定运行提供了理论依据。