中低比转速率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。     

离心泵双圆弧圆柱形叶片的几何方程

介绍了一种离心泵双圆弧圆柱形叶片的几何作图方法。推导了这两段圆弧的直角坐标方程和极坐标方程,该方程以离心泵叶片基本参数（内、外半径、叶片包角及进、出口安放角）为变量。通过计算实例验证了该方法的准确性及相关公式的正确性。探讨了两段圆弧半径、圆弧上各点安放角随作图参数α变化的规律。分析表明:在该参数取60°时,本几何作图法所得到的叶片叶轮有较高的水力效率。该方法不需要根据经验多次调节圆弧的半径,也不需要进行数值迭代计算。     

隔舌安放角对离心泵性能影响的分析

对比转数为195的单级双吸式离心泵,分别建立3个不同隔舌安放角时的蜗壳、叶轮及吸入室的三维模型,以这3种不同隔舌安放角的离心泵模型为研究对象,基于FLUENT软件,建立相对坐标系下的时均连续方程及N-S方程,并采用标准k-ε方程湍流模型、非结构四面体网格和SIMPLE算法进行数值模拟,得到其流场分布,计算出模型进出口压力及流体对泵轴的力矩;在叶轮转速不变,进口速度变化的10个工况下,得出泵的流量-效率曲线。在此基础上,对比不同隔舌安放角时流场分布和特性曲线,发现隔舌处压力、速度分布及特性曲线变化均与隔舌安放角大小有关,得出设计工况隔舌安放角在33°时水力损失较小,模型泵的效率最高。     

立式混流泵装置压力脉动的模型试验分析

为研究立式混流泵装置内部压力脉动特性,通过模型试验的方法,对某混流泵装置不同叶轮叶片安放角(-2°、0°、2°)下叶轮进口和导叶出口的压力脉动进行采集,通过傅里叶变换后比较分析得出:混流泵装置叶轮进口和导叶出口压力脉动峰峰值均具有一定的规律性,不同叶片安放角下叶轮进口压力脉动峰峰值均大于导叶出口,小流量区域表现得更为明显;建立了泵装置稳定性微观与宏观间的联系,得出高效区附近可以通过压力脉动来反映机组波动性;叶轮进口压力脉动受叶片数的影响,主要以叶频为主,导叶出口压力脉动在1倍转频处幅值最大,受导叶片数影响不大;混流泵装置最优运行区域为最优扬程的0.75~1.15倍区域,运行扬程超出这个范围,压力脉动峰峰值明显增大。     

粒子群算法在带导叶离心泵性能优化中的应用

为了提高带导叶离心泵运行效率和解决泵性能优化过程中优化目标与设计变量间强非线性问题,文中提出了一种基于粒子群算法的叶轮多参数智能优化方法.在Workbench软件平台搭建了叶轮造型、网格划分和性能计算的数值仿真流程.以泵设计流量效率为优化目标,定义扬程为约束条件,通过Bézier曲线控制叶片安放角、叶片进口边位置和叶片...     

导叶几何参数对液力透平压力脉动的影响

为提高导叶式液力透平的运行稳定性,研究导叶几何参数对液力透平压力脉动的影响。在IS80-50-315型低比转速离心泵反转作液力透平叶轮进口前添加径向导叶,对导叶出口角、叶片数和径向高度采用正交试验设计的方法匹配相同叶轮形成新的液力透平模型,利用CFX软件在蜗壳内、导叶与叶轮间隙和叶轮上沿周向设置监测点进行定常和非定常数值计算,对定常计算结果进行极差分析,得出导叶几何参数对液力透平性能影响的主次因素,形成最优方案组合,并对非定常数值计算压力脉动结果进行时域和频域分析。结果表明：径向导叶几何参数组合对水力效率和水头的影响均为叶片数>径向高度>出口角;导叶式液力透平的压力系数在导叶与叶轮间隙上最大,其次在叶轮上,蜗壳内部压力系数最小;当叶轮叶片数相同时,径向导叶出口角和径向高度的值在合理范围内选取较小值时,有利于降低导叶式液力透平的压力脉动幅值和提高运行稳定性。     

低比转速离心泵驼峰稳定性及其影响因素研究

为了提高低比转速离心泵的效率,一般会将叶轮叶片出口角加大一些,但会引起H-Q曲线有驼峰,导致泵在小流量区运行不稳定。本文以国内某水泵厂生产的比转速为47的单级单吸式离心泵为研究对象,采用正交试验法选择叶轮出口边斜切比、出口角度、叶轮轴线倾斜角度、叶片包角、叶片进口边位置5个因素,每个因素采用4个水平,一共16个叶轮设计方案;针对每个方案进行数值模拟,得到其外特性曲线;利用极差分析法研究5个因素对特性曲线形状以及泵额定工况下扬程、效率的影响,得到影响特性曲线稳定性的因素主次顺序依次为叶片进口边位置、叶轮出口边斜切、叶轮轴线倾斜角度、出口角度、叶片包角;利用分析得到的结果得出叶轮的优化组合方案,对该方案进行数值模拟验证。结果表明:优化方案的H-Q曲线稳定且泵的扬程和效率分别提升2.2%和1.4%;从优化前后的叶轮流场中分析消除驼峰的机理,得到驼峰工况区内叶轮进口处的能量损失占据主导,进口边位置的前移减小进口处的能量损失,同时叶轮出口边斜切与轴面倾斜使叶轮出口处相对速度变化减小,“射流–尾迹”现象减弱甚至消失,损失大幅减小。     

基于代理模型方法的串列泵优化设计

针对叶轮机械传统优化设计周期长、优化效率低等不足,提出了一种基于代理模型的优化设计方法,并应用于串列泵的优化设计,分析了关键设计参数对串列泵性能的影响。选择首、次级叶轮叶片安放角和相位角作为优化参数,选择效率和最小轴向截面平均压力系数作为优化设计目标函数,用来表示串列泵的外特性和空化特性。采用不同的方法建立代理模型,并采用敏感度分析方法和Pareto front方法进行参数影响分析和最优点的选取。采用数值计算的方法对优化后的串列泵外特性和空化特性进行验证,得到结论如下:提出的方法可以较好地应用于串列泵的优化设计,优化结果表明串列泵设计流量附近的效率和空化性能均得到提升。首、次级叶轮相位角对串列泵性能影响较小;首、次级叶轮叶片安放角对串列泵效率的敏感度之比和设计的载荷之比相同,首级叶轮叶片安放角是串列泵的空化特性的主要影响因素。     

螺旋式离心泵性能的试验与分析

在分析螺旋离心泵特殊结构和性能的基础上,对某型螺旋式离心泵进行了试验.根据试验的结果,指出了影响螺旋式离心泵性能的几种因素,并对这几种重要影响因素进行了定性的分析.通过对该型泵试验结果的分析,提出了相对应的解决措施.利用这些解决措施对试验用泵进行了改进,得到了改进后试验结果,同时对改进前后的试验结果与设计参数进行了对比.结果表明,在泵的设计中几何参数的选择、叶轮出口安放角β2、叶轮与锥型吸入室间的间隙δ等是影响螺旋式离心泵性能的重要因素,并为以后泵的设计和优化提供依据.     

径向导叶式多级泵单级叶轮切割的三维数值模拟

为探究径向导叶式压出室离心泵叶轮切割后性能的变化,基于N-S方程、标准k-ε湍流模型和SIMPLE算法对MD-280-42×4多级离心清水泵单级叶轮外径切割进行三维湍流数值计算,分析不同切割量下径向导叶式离心泵外特性和内部流动变化。结果表明:在设计工况(Q_d=0.078 m3/s)下,随着切割量的增加,径向导叶式离心泵的水力效率、轴功率均呈现下降趋势;在相同小流量工况下,随着切割量的增加,叶轮与导叶间隙和反导叶流道处流动损失逐渐减小,水力效率呈现上升趋势;在相同大流量工况下,随着切割量的增加,正反导叶流道流动均匀性受到较严重破坏,产生了较大的能量耗散,水力效率明显下降。       

叶片圆形切割对离心泵流动诱导噪声的影响

为研究叶片出口圆形切割对离心泵压力脉动及内场噪声的影响,通过固定圆形弦长以变换弦高的方法设计6种叶片切割方案,采用RNG k-ε湍流模型对各方案外特性和压力脉动进行流场数值计算,并基于Lighthill声类比理论和边界元法(BEM)对内声场进行数值计算,对原始模型额定工况的外特性和内声场也进行了试验验证。结果表明：叶轮叶片切割后的设计方案与原始方案相比,在轴频、叶频及倍叶频处压力脉动得到了明显地改善;当弦高与叶片出口宽度的比值为0.333时,设计工况的压力脉动幅值达到最低;当弦高与叶片出口宽度的比值为0.167时,进口声压级降低了3.5 dB,出口声压级降低了3.4 dB;随着圆形切割面积的不断增大,在设计工况各方案声压级呈现出先减小后增大再减小的规律;随着叶片出口圆形切割面积的增大,在0.6 Q_v～1.4 Q_v工况范围内扬程下降与其呈正相关特性,但对离心泵效率的影响较小。     

叶片安放角对蜗壳式轴流泵反转作透平的性能影响

为了利用轻化工行业中低压头、大流量的液体余压能,以国内某企业生产的一台比转速为900的PLK XII型蜗壳式轴流泵为研究对象,分别在叶片安放角为12°、14°、16°时,使用ANSYS Fluent进行数值模拟定常计算,以探究不同叶片安放角对蜗壳式轴流泵反转作液力透平性能的影响.基于泵及透平的最优效率点,得到不同叶片安...     

含气率对导叶式离心泵内部流动的影响

为研究含气率对导叶式离心泵输送气液两相时内部流动的影响,基于延迟分离涡DDES(Delayed Detached-Eddy Simulation)湍流模型及Mixture多相流模型对导叶式离心泵进行非定常数值模拟,得到不同含气率下,模型泵内气相分布、压力分布、流线分布以及所选监测点压力脉动情况,并将数值模拟的外特性曲线与试验进行对比分析。结果表明:气相主要在导叶靠近蜗壳出口的流道、蜗壳靠近叶轮前盖板一侧以及出口段靠近隔舌一侧聚集;导叶出口处压力从靠近隔舌处沿顺时针方向逐渐减小;蜗壳隔舌至第Ⅰ断面内及出口段靠近隔舌侧均出现了回流区;蜗壳壁面从P₁点顺时针方向沿蜗壳至出口段静压值逐渐减小;随着含气率的增大,叶轮进口处低压区面积增大,导叶内压力降低;蜗壳出口段多个面积较小的回流区转变为几个面积较大的回流区;同一监测点静压值逐渐减小,隔舌处静压值受含气率的影响最大。     

基于Pro/E的离心泵叶轮与蜗壳实体造型研究

叶轮与蜗壳是离心泵重要的组成部分,它们的制作精确程度和耦合性直接影响离心泵水利性能。为 能更好地改善叶轮与蜗壳耦合处产生的流动损失,以Pro/E为设计平台,提出叶轮木模图及蜗壳二维投影图的分析 及测绘方法,结合Pro/E中“偏移坐标系基准点”等命令,实现叶轮扭曲叶片及蜗壳的实体精准造型,并通过Fluent 进行数值模拟。压力和速度分布图显示叶轮与蜗壳耦合处压力和速度呈均匀规律性变化,扬程计算显示符合设计 要求。分析结果证明,此种绘图方式不仅精确、快速、灵活,还能够改善叶轮与蜗壳耦合处的流动损失,为后续流场 数值分析奠定基础。     

螺旋离心泵的双向流固耦合分析

基于Reynolds时均化N-S方程、标准k-ε两方程湍流模型, 以及结构响应的弹性体结构动力学方程, 采用多重坐标系法, 对螺旋离心泵清水介质时的内流场和结构动力学进行双向流固耦合全三维数值计算, 将计算结果与非流固耦合计算流场进行对比, 分析流固耦合作用对泵外特性及不同叶轮位置泵内压力场和速度场的影响。结果表明:采用双向流固耦合模式的扬程和效率预测值更接近试验值; 在小流量下流固耦合作用对外特性的影响较大, 而在大流量下对外特性影响较小; 流固耦合作用对压力场和速度场的影响主要集中在蜗壳扩散段, 对蜗壳其他部位和叶片影响较小; 在两种计算模式下蜗壳中截面压力分布出现明显差别, 并在叶片出口正对隔舌时压力分布出现突变。       

离心泵几何参数对扬程综合影响的灰色理论分析

离心泵几何参数对扬程的影响,应当侧重于综合影响的研究。采用灰色理论分析了离心泵几何参数对扬程的综合影响,通过大量计算提出了这些参数对泵扬程的影响排序结果。计算结果表明,在这些几何参数中,叶轮出口直径对扬程影响最大,叶轮出口宽度影响最小,进口直径、叶片出口角和叶片数依次地位于它们之间。这种方法对其它工程项目方案的研究具有重要的实际意义。     

离心泵内流场特性分析

以一给定参数的具有扭曲叶片的中比转速离心泵为研究对象,绘制其二维叶轮轴面投影图、蜗壳断面图以及蜗壳平面图,并使用UG NX6.0软件对其进行三维建模,将由UG导出的parosolid格式的三维流体域模型导入到CFX中进行网格划分,采用ANSYS CFX12.1软件对其内部流场进行数值模拟及性能预测,得出离心泵在设计工况及几个典型的非设计工况点的扬程、轴功率等反映离心泵外特性的数值计算结果,用OriginPro 8软件绘制出流量-扬程、流量-效率曲线,表明该泵的扬程随着流量的增大而减小,效率随着流量的增大而先增加后减小。     

动叶轮叶片数对多相混输泵水力性能的影响

为了探究动叶轮叶片数对多相混输泵外特性、做功性能和水力特性的影响规律,基于欧拉非均质流模型,利用CFX软件对不同动叶轮叶片数下的多相混输泵在多种流量工况、入口含气率10%的条件下进行数值计算。研究发现:流量在90 m3/h及以下时,动叶轮叶片数对扬程和效率的变化趋势影响相对较小,而随着流量的增加,四叶片动叶轮会使混输泵扬程和效率的下降程度增大;当动叶轮叶片数为3时,多相混输泵的外特性、叶片表面静压分布、载荷分布和水力特性等均优于动叶轮叶片数为4时的性能。本文的研究结果可为多相混输泵动叶轮叶片数的选择提供参考。