逆向与正向结合的导叶式混流泵叶片系统反求设计

以某型混流式核主泵的叶轮叶片和导水机构叶片为研究对象,采用在逆向设计的基础上,正向设计校核迭代的技术来探索一条不破坏产品的前提下反求导叶式混流泵的复杂叶片系统的曲面几何数据方法。在不能获取叶片系统的完整曲面数据的情况下,采用叶片数字化设计方法建立沿回转流面上叶型曲线为参数线以便于修改控制的原始叶片系统的近似三维曲面几何模型,并将该模型与其他过流部件组成泵的全流道模型,在0.2~1.2Q_d（设计流量）范围进行泵的全流道流场数值模拟,预测计算出外特性,再与原泵的试验外特性对比,以评估反求的叶片系统流道曲面的准确性。工程应用实践表明,该方法既保证了反求精度又较好地解决了泵的叶片系统反求设计问题。     

混流泵叶片角对泵性能的影响

根据对已有试验成果的分析,提出了混流泵叶片角对效率、轴功率系数、叶轮出口液流角、阻力系数和摩擦系数等有关性能参数影响的表达式,为进一步研究混流泵性能提供了理论基础。     

Investigation of performances and flow characteristics of two bi-directional pumps with different airfoil blades

Today, the most commonly used bi-directional airfoil in hydraulic machinery is the S-shaped airfoil (SA). A new bi-directional airfoil, obtained by lowering the bent airfoil camber and thickening the bone line bi-directionally, is proposed. Two bi-directional axial flow pumps, with the SA blades and the arc airfoil (AA) blades, respectively, were designed to verify the applicability of this airfoil. By comparing the hydraulic performances of the two pumps obtained from the experiments, and the cavitation performance and flow field of the two pumps obtained from numerical simulations, it was found that AA blades can improve both the hydraulic and cavitation performances under a low flow rate and near the best efficiency flow point (BEP), whether in forward or reverse operation for the bi-directional axial-flow pump. Furthermore, the hydraulic performance of the AA blade pump declines sharply in a large flow rate compared to that of the SA blade pump. The location and composition of the inhomogeneous flows inside the impellers of the two pumps are similar. However, the SA blades work on fluid, mainly at the front half of the blades, which is a distinctive feature from the AA blades and may be a universal phenomenon in all SA-type blades.     

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。     

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。     

白沙滩泵站叶片调节机组运行优化

利用白沙滩泵站混流泵叶片角度可调的优势,结合泵站内外水位资料和不同运行期规定的提水量,以机组总耗电量最小为目标函数,建立了以叶片角度为决策变量的机组运行优化调度模型.运用一维离散型动态规划算法求解,得到各运行期泵站的开机台数、水泵叶片安放角、单台泵流量等.与按该站水泵设计角-2°运行相比,泵站采用该优化方案,年均可节省电能454.7万kW.h,节省电费184.1万元,节约率约为15%.可见,该方案节能效果显著,能有效降低泵站运行成本.     

叶片倾斜角对油气混输泵性能的影响

以自主研发的YQH-100型三级轴流式油气混输泵为研究对象,基于Mixture模型的两相流理论,改变叶片倾斜角,在含气率(GVF)分别为0、10%、30%、50%和70%情况下,通过计算流体力学的分析方法对油气混输泵内部流动进行数值模拟,研究叶轮内部气相及压力分布情况,并对其外特性曲线进行分析。研究结果显示:在纯水工况下,叶片倾斜对扬程的影响较大,原模型M4的扬程较最差方案M1(叶片倾斜-10°)高8m;方案M3(叶片倾斜-4°)的扬程较原模型低1.4m,效率较原模型高0.14个百分点;在小流量工况下,原模型的效率较高;在不同含气率工况下,方案M3(叶片倾斜-4°)的增压比原模型低14kPa,效率较原模型高0.22个百分点;叶片适当倾斜一定的角度,可有效减小气团在叶片工作面轮毂侧的聚集面积,使混输泵内部气液两相均匀混合,提高混输泵效率;轴流式油气混输泵的最佳叶片倾斜角范围为-4°~0°。本研究可为油气混输泵的设计及水力优化提供参考依据。     

长短叶片半开式离心叶轮内部流动的数值模拟

为了分析分流叶片对于半开式离心叶轮内部流动的影响，对轴向间隙为1.1 mm的4长叶片和4长4短叶片的两种半开式低比转速高速离心叶轮进行了研究.采用S A湍流模型和雷诺时均N-S方程，对叶轮内部的流动进行了三维紊流数值计算和分析；并对离心泵进行了试验研究.数值计算结果表明，分流短叶片可以改善叶轮内部的流动；两个叶轮内部的静压力都由叶片进口到出口逐渐升高，等静压曲线几乎是沿圆周方向的；具有分流叶片的叶轮出口的压力系数较高.实验结果表明，具有分流叶片的叶轮离心泵的扬程和效率较高，说明分流叶片可以提高离心泵的性能.     

基于水力损失计算的离心泵叶轮叶片出口安放角选择方法

为提高离心泵的效率,在泵叶轮内水力损失计算的基础上,通过推导建立叶轮水力效率和流量、转速、叶片数、比转速、出口安放角及叶轮设计系数的函数关系。据此关系,针对一台Q=100 m3/h、H=34 m、n=2 900 r/min的泵,编写性能预测程序,得出不同叶片数、不同k₀取值下的叶片出口安放角和水力效率的关系,可知当叶片数Z=5、β₂=29°、k₀=4.2时,叶轮水力效率最高。按设计参数设计叶轮,并构建叶轮和蜗壳模型,利用FULENT软件对其内部流场进行数值模拟,得出在设计参数下泵的水力效率达到89.43%,证明了用所提出的方法可以设计出高效的离心泵叶轮。     

考虑叶顶间隙的螺旋轴流式混输泵主流道内空化特性

为揭示叶顶间隙对螺旋轴流式混输泵主流道内空化特性的影响,基于Rayleigh-Plesset方程的Zwart-Gerber-Belamri空化模型,采用SST k-ω湍流模型在不同空化阶段下对螺旋轴流式混输泵主流道内的空化特性进行研究,通过考虑叶顶间隙更为精准地揭示螺旋轴流式混输泵主流道的空化情况。结果表明:在叶顶处,除了流道内出现低压区和空泡外,在叶片吸力面表面也出现低压区和空泡分布;在临界空化阶段,叶轮进口以及叶片进口叶顶间隙处存在微弱的空泡分布;随着空化的发展,到断裂空化阶段,空泡分布区域由叶片压力面移动到叶片吸力面,说明叶顶间隙对混输泵主流道内的空化性能产生较大的影响。本文的研究结果可为螺旋轴流式混输泵空化性能的改善提供工程参考。     

一种新型叶片涡轮分级机流场的数值模拟

建立了一种带后弯导板的新型叶片形状涡轮分级机内腔叶片之间气-固两相湍流的双流体理论模型,并利用通用的流体力学计算软件进行了数值模拟。结果表明:该涡轮分级机在正常工作状态时,内腔流场遵循强湍流流动规律;当采用带后弯导板的叶片形状时,混合气流通过两叶片间流场会产生一种正方向的涡流,它可以抵消使用直叶片时由于涡轮高速旋转而不能克服的附加反方向涡旋,从而使流场更加稳定,容易形成整流,提高涡轮分级机的分级效率和分级精度。     

Numerical Investigation of the Performance of an Axial-Flow Pump with Tandem Blades

The performance characteristics of an axial-flow pump with tandem blades are studied based on the numerical computations. The arrangement of the pump impellers is established through the analysis of velocity triangles. With the commercial computational f     

某型汽轮机调节级气动特性数值研究

对采用寇蒂斯级设计思想、具有局部进气的汽轮机复速级进行了三维整级数值模拟,分析了设计工况下该复速级的流动特点.计算结果表明,气流流出复速级喷嘴后,每个喷嘴组边界流体的散射作用不强烈,在边界上基本只影响了附近的一个叶栅流道,流动的主体方向沿着轴向进行;当级的压比较大,流动达到超音速时,每个喷嘴组出口流动沿周向的不均匀性非常严重,交替出现尾迹低速区和主流低压区,使喷嘴区域内处于不同位置的动叶片受力状态发生较大变化;超音速喷嘴出现的过膨胀低压区,压力在整个级内是最低的,会加剧动叶流道的非定常流动效应.     

旋喷泵叶轮及内部流场的数值研究

对由矩形流道叶轮、复合式叶轮与大包角后弯叶轮组成的旋喷泵进行全流道数值模拟。研究发现,矩形流道叶轮的压力、速度分布都较均匀,泵的扬程、效率均能达到要求;后两种形式的叶轮的压力梯度分布不均匀,出口处压力分布不理想,速度分布也不均匀。速度分布的不均匀反映出内部流动的不平稳,有回流和大旋涡产生,效率很低。因此,旋喷泵的叶轮选择矩形流道的叶轮较好。     

基于大涡模拟的导叶式混流泵叶轮内压力脉动特性分析

为研究导叶式混流泵叶轮内部非定常压力脉动特性,在其叶轮进口截面及出口截面附近分别设置8个压力脉动监测点,采用大涡模拟方法(LES)对导叶式混流泵内全三维流道(进水管、叶轮、导叶及出水管)进行模拟,并对8个监测点进行压力脉动时域图和频域图的分析。结果表明:由于旋转叶轮旋转失速、脱流效应及静止导叶的干涉作用,叶轮出口处压力脉动系数幅值均大于进口处脉动系数幅值,且其最大压力脉动发生在叶轮出口处,脉动波衰减较慢;叶轮进、出口截面上监测点的压力脉动频率以叶轮叶频为主频次,且压力脉动主要频率为叶频的倍数。     

Multi-objective optimization of a mixed-flow pump impeller using modified NSGA-II algorithm

In order to maintain a uniform distribution of pareto-front solutions, a modified NSGA-II algorithm coupled with a dynamic crowding distance(DCD) method is proposed for the multi-objective optimization of a mixed-flow pump impeller. With the pump meridional section fixed, ten variables along the shroud and hub are selected to control the blade load by using a three-dimensional inverse design method. Hydraulic efficiency, along with impeller head, is applied as an optimization objective; and a radial basis neural network(RBNN) is adopted to approximate the objective function with 82 training samples. Local sensitivity analysis shows that decision variables have different impacts on the optimization objectives. Instead of randomly selecting one solution to implement, a technique for ordering preferences by similarity to ideal solution(TOPSIS) is introduced to select the best compromise solution(BCS) from pareto-front sets. The proposed method is applied to optimize the baseline model, i.e. a mixed- flow waterjet pump whose specific speed is 508 min?1?m3s?1?m. The performance of the waterjet pump was experimentally tested. Compared with the baseline model, the optimized impeller has a better hydraulic efficiency of 92% as well as a higher impeller head at the design operation point. Furthermore, the off-design performance is improved with a wider highefficiency operation range. After optimization, velocity gradients on the suction surface are smoother and flow separations are eliminated at the blade inlet part. Thus, the authors believe the proposed method is helpful for optimizing the mixed-flow pumps.     

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...     

多级液力透平效率理论分析及数值计算

为预测多级离心泵作透平的水力效率,以DG85-80多级离心泵为模型,对多级离心泵作透平的性能进行理论分析,提出多级离心泵透平工况下最优效率与泵工况下最优水力效率的关系,得到多级离心泵作透平时的最优效率,并应用CFD软件,对多级离心泵作透平时内部流场的水力性能进行数值分析,所得到的结果与理论分析的结果进行比较,发现在最优效率点的效率能够较好地吻合,误差为2.74%。为了获得多级离心泵的内部流场特性,对不同流量与同一流量下不同位置的相对速度和静压力进行分析,得出叶轮内低速区域随着流量增大而减小,在第1级到第4级压降基本相等,第5级的压降最小。       

液力变矩器叶片三维成型法及其性能分析

探讨了液力变矩器叶片三维成型方法,提出了叶片三维成型方法的基本设计流程。通过对不同参数变化规律生成的泵轮、涡轮、导轮的叶型进行对比分析,总结出液力变矩器叶片角变化对液力变矩器性能影响的基本规律。通过CAD/CFD技术完成叶片的设计和相应变矩器性能的计算。同时,通过与作为基型的W305型液力变矩器的比较,证明了研究结论的可靠性。     

叶片倾斜角度对小型轴流风扇静特性的影响

采用叶片周向倾斜设计法,改变一直叶片小型轴流风扇叶型,得到不同周向倾斜角的小型轴流风扇,并对其内部流场进行定常流动的数值模拟,分析直叶片、前倾斜叶片、后倾斜叶片等风扇叶型对气动性能的影响。模拟结果表明,采用叶片前缘倾斜设计可减弱附面层分离,改善风扇流动状况,从而达到提高风扇静压和效率的目的。