圆弧形叶片型线的理论研究

一、前言低比转数叶轮常采用圆柱形叶片。常用的圆柱形叶片型线有变角螺线、渐开线和圆弧线。美国李海大学的试验表明,变角螺线叶片的效率最高(表1)。圆弧形圆柱叶片既可用单圆弧,亦可用多圆弧。单圆弧叶片造型简单,成本低,有较大的通流能力,在某些杂质泵中还被采用,但其效率较低。双圆弧叶型比单圆弧稍复杂些,但比变角螺线和渐开线叶型制造方便。荷兰挖泥船泥泵叶轮多采用这种叶     

复合型线叶片叶轮的设计与建模

针对单圆弧叶片流道内容易产生脱流及圆柱形叶片包角不能调整而增加水力损失这一问题,提出了拼接变角螺旋线和对数螺旋线进行圆柱形叶片设计的方法,用Pro/E完成了这种叶轮的建模,并用fluent流体分析软件对叶轮进行了模拟计算.结果表明这种复合型线的叶片可以改善叶轮的内部流动.     

不同叶片包角对螺旋形单蜗壳离心泵叶轮径向力特性的影响

为研究叶片包角对螺旋形单蜗壳单级单吸离心泵叶轮径向力特性的影响,应用CFD软件对某模型泵内部流场进行了数值计算,在保证蜗壳和其他叶轮几何参数不变的前提下,设计了3种叶片包角分别为110°、120°、130°的叶轮,模拟得到不同工况下叶轮所受径向力分布特性,并用外特性试验验证了数值模拟的可靠性。结果表明:设计工况下,作用在叶轮上的径向力最小,0.4 Q下的径向力最大,且脉动幅值最大;叶片包角对叶轮所受径向力影响较大,以在额定工况下运行为例,叶片包角取130°时,径向力脉动最为紊乱,叶片包角取110°时,径向力脉动幅值较大;整体来看,叶片包角120°的方案性能最优。该研究可为低振动离心泵的水力优化设计、增强泵的运行稳定性提供参考。     

叶片型线对离心风机性能影响的研究

首先对某采用双圆弧叶片的高效离心风机进行实验和数值对比,并在叶轮前盘形状、轮盖和叶片进出口安装角都相同的情况下,分析了采用双圆弧叶片和等减速叶型的模型风机的性能变化。结果表明,使用双圆弧长短叶片风机模型的稳定工况范围更宽、全压更高,等减速模型则在设计流量和小流量下效率更高、流动损失更小。     

回流器出口角对离心风机叶轮性能的影响研究

基于离心风机叶轮的设计理论,根据叶轮叶片进口角、叶片进口气流角与回流器叶片出口角三者之间的关系,对比分析了不同参数的回流器叶片出口角对叶轮结构设计及叶轮性能的影响。结果发现,在相同工况下,当回流器叶片出口角为90°时,叶轮叶片最佳进口角最大,叶轮全压与功率也最大,当回流器叶片出口角小于90°时,叶轮全压及功率下降,但叶轮叶片最佳进口角增大。对于初始气流角过小的叶轮,回流器叶片出口角的减小,有助于使叶轮流道分布更加合理,从而获得更好的流场。本文对多级离心通风机的系列化设计具有参考价值。     

叶片包角对高比转速离心泵空化性能的影响研究

为了研究叶片包角对高比转速离心泵空化性能的影响,本文基于CFturbo和UG软件,利用CFX中的RNG k-ε湍流模型和Rayleigh-Plesset空化模型,对比转速为185的离心泵分别探讨其叶片包角为90°、95°、100°、105°、110°时该离心泵的空化特性。结果表明,叶片包角对高比转速离心泵外特性有显著的影响,其泵的扬程随叶片包角的增大而减小,且小流量时随包角的增大效率增加,大流量时则反之;同时随叶片包角增大,进口低压区的面积增大,进口空泡体积分数减小,离心泵的内部流动更加平顺光滑,叶片背面的旋涡消失,叶轮流道内的流线越趋于叶片的形状;叶片包角大小与离心泵的进口湍动能呈负相关;说明包角越大,高比转速离心泵的抗空蚀性能越好。     

低比转速离心泵叶片型线的设计

针对单圆弧、双圆弧叶片流道内易产生脱流和叶片包角较小这一问题,给出了一种叶片安放角随叶片半径呈线性变化的叶片型线,该型线的曲率半径随着叶片半径的增加呈单调递增,且安放角均匀线性变化,从而减少了低比转速离心泵叶片表面的脱流损失,提高了低比转速泵的效率.     

不同设计参数对离心泵内部不对称空化的影响

为研究不同设计参数对离心泵内部不对称空化现象的影响,以一台单级单吸离心泵为研究对象,保持泵体和叶轮其他参数不变,分别改变叶轮的叶片数、包角和冲角并建立相应模型,采用ANSYS-CFX软件对各模型进行计算并对结果进行分析。研究结果表明:在一定范围内,叶片数越多,越不利于各流道内的对称性流动,会造成不对称空化现象越来越严重;加大叶片包角可以使叶轮各流道内流动更均匀,缓解离心泵内的不对称空化现象;选择合理的冲角不仅可以提高泵的抗空化性能,同时也可以减轻离心泵内的不对称空化现象。     

单叶轮轴流通风机的叶片扭曲规律研究及薄叶型设计

针对单叶轮轴流式通风机的特点,推导出全压沿着叶轮半径分布规律与环量指数取值之间的关系式,并讨论了叶片扭曲规律、叶片弦长沿半径方向的变化趋势.明确指出设计应采用变环量设计方法,并给出了环量指数的适合取值范围.还研究了薄叶型的单圆弧设计方法.应用这种叶型设计方法和扭曲规律设计了通风机的叶片,通过数值模拟和试验测试结果表明,采用这种扭曲规律和薄叶型设计方法是合理的.     

包角对高比转速双叶片自吸离心泵外特性及振动特性的影响

为研究包角角度对高比转速离心泵的外特性和压力脉动的影响情况,基于SST k-ω湍流模型,对比转速n_q=327的双叶片自吸泵进行了三维非定常数值模拟,采用计算标准差法,对各个监测点的压力脉动进行分析,主要研究了230°～300°包角情况下的外特性变化情况及内流场时空演变特征。结果表明:随着包角角度的增大,扬程呈现先上升后下降的情况,且流量越大,扬程下降越快;随着包角角度的增大,叶轮所受扭矩逐渐降低,存在一个最佳的包角使得效率值最高;双叶片离心泵在运转的过程中隔舌沿叶轮旋转方向20°位置压力脉动最为严重,同时由于双叶片叶轮呈180°中心对称,压力波动最大处的正对面位置压力脉动同样较大;包角角度增大,叶轮中的涡黏度会随之下降。该研究可为高比转速双叶片自吸离心泵设计中包角的选择提供了参考。     

Influence of blade wrap angle on centrifugal pump performance by numerical and experimental study

The existing research on improving the hydraulic performance of centrifugal pumps mainly focuses on the design method and the parameter optimization. The traditional design method for centrifugal impellers relies more on experience of engineers that typically only satisfies the continuity equation of the fluid. In this study, on the basis of the direct and inverse iteration design method which simultaneously solves the continuity and motion equations of the fluid and shapes the blade geometry by controlling the wrap angle, three centrifugal pump impellers are designed by altering blade wrap angles while keeping other parameters constant. The three-dimensional flow fields in three centrifugal pumps are numerically simulated, and the simulation results illustrate that the blade with larger wrap angle has more powerful control ability on the flow pattern in impeller. The three pumps have nearly the same pressure distributions at the small flow rate, but the pressure gradient increase in the pump with the largest wrap angle is smoother than the other two pumps at the design and large flow rates. The pump head and efficiency are also influenced by the blade wrap angle. The highest head and efficiency are also observed for the largest angle. An experiment rig is designed and built to test the performance of the pump with the largest wrap angle. The test results show that the wide space of its efficiency area and the stability of its operation ensure the excellent performance of the design method and verify the numerical analysis. The analysis on influence of the blade wrap angle for centrifugal pump performance in this paper can be beneficial to the optimization design of the centrifugal pump.     

基于CFX正交试验的深井离心泵导叶的优化设计

为提高深井离心泵的水力性能,针对100QJ16型深井泵,按照L9(34)正交表,选取空间导叶的进口冲角、包角、叶片出口安放角和叶片数等4个因素,每个因素取3个水平,设计出9个导叶模型,并分别与同一个叶轮装配。基于CFX软件,对两级模型泵进行了全流场数值模拟,获得9组方案在额定工况下的扬程和效率。采用极差分析法分析了各几何参数对扬程和效率的影响规律以及影响空间导叶性能的主要因素和次要因素。空间导叶进口冲角和叶片包角对两级泵的扬程和效率的影响较大。将优化方案进行了样机试验,其效率达到了设计要求。     

涡旋压缩机单向流固耦合方法与涡旋齿变形分析

提出一种涡旋压缩机气体流场对固体边界受力变形影响的单向流固耦合计算方法,建立了考虑泄漏间隙的带有齿头修正的渐变啮合间隙变壁厚的涡旋压缩机三维几何模型,采用LES湍流模型对其工作过程进行模拟从而得到流场分布,其压力分布沿Z方向不均匀,压差在涡旋型线展角492°处最大。将压力场载荷直接加载到固体边界上,得到任意工作状态下的涡旋齿受力和变形规律,分析了流场变化对固体边界涡旋齿受力、变形的影响。得到了涡旋齿的受力和变形规律,沿涡旋齿型线展角500°处变形最大与压力差分布相符。该压力载荷加载方式更加连续,更接近于实际工作状态,计算结果更为准确。     

叶片前缘载荷分布对大流量系数离心压缩机叶轮性能的影响

本文主要针对大流量系数模型级的叶轮叶片载荷分布进行研究,通过改变叶片前缘载荷(叶片0~20%无量纲中弧线长)分布来设计不同形式叶轮,并进行了数值模拟分析,通过对流场的分析和性能曲线的对比,研究叶片前缘载荷对叶轮性能的影响,研究发现不同的载荷分布形式使得压缩机的性能曲线也有不同程度的左右偏移,叶轮内部流场也有较大差别,分析结果可为大流量系数模型级叶轮结构的优化设计与性能提高提供理论依据,同时为大流量系数压缩机的开发提供参考。     

基于正交设计法的中比转速泵无过载优化设计

以D82-19-2型中比转速离心泵为研究对象,选取导叶喉部面积、叶片数、叶片包角、叶轮出口直径、叶轮出口宽度、叶片出口角、叶轮进口直径7个参数为变量,运用正交设计法制定七因素三水平正交方案L18(37),借助数值模拟方法对泵的性能进行预测,通过分析得到了几何参数对中比转速离心泵性能影响的主次顺序:叶片数对扬程和效率的影响起主要作用,叶片包角对轴功率的影响起主要作用;正交优化方案的数值模拟结果表明,该方案既满足无过载性能的要求,又保持了较高的效率,可为中比转速离心泵无过载设计提供参考。     

混流式核主泵叶轮叶片厚度分布规律对能量性能的影响

采用数值计算方法,开展混流式核主泵叶轮叶片自前盖板至后盖板方向厚度分布规律对能量性能影响的研究。通过对5种具有不同厚度分布规律叶片的叶轮进行比较分析,探索最佳叶片厚度比值和其对叶片表面静压力分布规律的影响。结果表明:当叶片后盖板处厚度与前盖板处厚度比值L=1.5时,叶轮的水力效率达到最高,当L=1.25时叶片做功能力低,叶轮内能量损失大,水力效率较低;在小流量工况下,随着比值L的增加,相同流量下扬程和水力效率都随之升高;在大流量工况下,扬程和水力效率都随着L的增大而降低;叶轮流道内压能沿着前盖板至后盖板方向增大并且最大压能位置向中间移动。     

用于轴流风机的轴流叶轮气动性能试验研究

参照GB/T 1236—2000《工业通风机用标准化风道进行性能试验》,对同一台轴流风机的5种轴流叶轮分别进行了气动性能试验,通过对比5种轴流风机的气动性能试验数据进行分析,研究了单级轴流叶轮的叶片角度和叶片数对其性能参数的影响,得出了全压、风量、效率随叶片角度和叶片数改变的变化规律,试验结果表明:在最高效率工况条件下,首先对比相同叶片角度,不同叶片数的第一组试验系列,得出叶片数Z=6时,风量最大,功率最小。然后在相同叶片数,不同叶片角度的第二组试验系列,得出Z=6,β=38°时,风量最大,全压最大,功率最大,全压效率居中,因此得出应用于新型轴流式灭火风机的轴流叶轮最佳叶片数和叶片角度的组合。     

离心压气机改型设计及扩压器前掠分析

本文主要研究单级离心压气机的改型设计,并采用数值方法对楔形扩压器前掠展开了详细研究。在保持原有压气机叶轮外径不增加、流量和设计转速不变的条件下,将压比由4.0提高到4.5。在设计离心叶轮时,首先需要确定叶轮后弯角,为了真实评估叶轮后弯角对离心压气机效率和稳定性的影响,详细设计了后弯角为20°,25°,30°和35°的三维叶轮以及相匹配的楔形扩压器,最终选择35°后弯角叶轮。其次,后弯角为35°叶轮的设计点压比相对于设计目标偏低,将hub处弯角减小到30°达到增加设计点压比。最后,考虑到楔形扩压器各截面载荷的不同,研究了楔形扩压器前掠对性能影响。     

Cavitation optimization for a centrifugal pump impeller by using orthogonal design of experiment

Cavitation is one of the most important performance of centrifugal pumps. However, the current optimization works of centrifugal pump are mostly focusing on hydraulic efficiency only, which may result in poor cavitation performance. Therefore, it is necessary to find an appropriate solution to improve cavitation performance with acceptable efficiency. In this paper, to improve the cavitation performance of a centrifugal pump with a vaned diffuser, the influence of impeller geometric parameters on the cavitation of the pump is investigated using the orthogonal design of experiment(DOE) based on computational fluid dynamics. The impeller inlet diameter D_1, inlet incidence angle Δβ, and blade wrap angle φ are selected as the main impeller geometric parameters and the orthogonal experiment of L_9(3*3) is performed. Three-dimensional steady simulations for cavitation are conducted by using constant gas mass fraction model with second-order upwind, and the predicated cavitation performance is validated by laboratory experiment. The optimization results are obtained by the range analysis method to improve cavitation performance without obvious decreasing the efficiency of the centrifugal pump. The internal flow of the pump is analyzed in order to identify the flow behavior that can affect cavitation performance. The results show that D_1 has the greatest influence on the pump cavitation and the final optimized impeller provides better flow distribution at blade leading edge. The final optimized impeller accomplishes better cavitation and hydraulic performance and the NPSHR decreases by 0.63 m compared with the original one. The presented work supplies a feasible route in engineering practice to optimize a centrifugal pump impeller for better cavitation performance.     

高比转数蜗壳式混流泵的设计与试验

采用线性分布的轴面流线速度环量和叶片角度变化规律来设计叶轮,采用圆弧翼型进行固定导叶的设计,蜗壳断面采用非对称断面,进而设计了一叶片可调比转数为564.3的蜗壳式混流泵。应用FLUENT对该泵的内部流动进行了数值模拟并根据模拟结果进行了能量性能预测。内流模拟结果显示该泵内部流动均匀,性能预测结果表明该泵可以满足设计要求。真机性能测试表明该泵在叶片角度为0°时最高运行效率达85.76%,在设计点运行效率要比设计要求高约3%。研究结果对于更高比转数蜗壳式混流泵的设计具有比较重要的指导作用。