长短叶片叶轮双吸离心泵径向力数值仿真

将1200S56型单级双吸离心泵原型叶轮改型为长短叶片复合叶轮,以该改型双吸长短叶片复合叶轮离心泵为研究对象,基于CFD理论对该离心泵内部流场进行数值仿真。通过改变边界条件获得不同工况下叶轮出口与蜗壳耦合面的静压、速度分布。采用叶轮出口压力法分析该离心泵在不同工况下的径向力,并与原型叶轮离心泵径向力分析结果对比。结果表明:采用长短叶片复合叶轮使叶轮出口的静压力及绝对速度变大,增加了离心泵的扬程,有效的提高了泵的整体水力性能;短叶片的增加使该泵径向力的最小值点向大流量偏移,出现在1.2倍额定流量工况,最小值由原型叶轮的5574N减小到1494N;采用长短叶片复合叶轮改善了泵在大流量工况下的径向受力情况。     

应用滑移网格技术分析多级离心泵的三维瞬态流动

运用滑移网格技术、三维非稳态Navier-Stokes方程和标准的k-e湍流模型对工业中常用的D型多级节段式离心泵进行了全三维瞬态流场的数值模拟,分析泵内叶轮与导叶间的动静干扰问题.滑移网格设置在多级离心泵叶轮出口与固定导叶入口之间的交互界面,对每个时间步求解流动方程.对任一个叶轮旋转周期内,分析叶轮径向力、静压等参数出现脉动信号频率与动、静叶片数的关系;分析静、动叶片间静压值沿周向的变化规律.该三维非稳态模拟结果可为多级离心泵的水力优化设计提供依据.     

基于CFD的离心泵三维内流场的数值模拟

为了研究离心泵内部流场的流动规律,基于CFD技术,应用雷诺时均N-S方程与标准k-ε湍流模型对不同工况下二级离心泵内部的三维湍流流动进行了数值模拟,并对其内部的流动状态进行了分析,得到了离心泵内部流场的压力分布规律。结果表明:随着出口流量不断增大,泵的整体压力逐渐减小,各级叶轮的压力逐渐减小,叶轮的速度值逐渐增大。在相同条件下,离心泵进口到出口的压力逐渐增大,各级叶轮中的静压值径向逐渐增大,且次级叶轮的压力值比首级叶轮的压力值大。     

多级泵导叶径向力的数值模拟

为了降低多级泵导叶所受径向力,提高多级泵运行时的稳定性,采用SST k-ω湍流模型对某多级离心泵末级导叶出口有压盖和无压盖两种情况分别进行全流道非稳态数值模拟,分析出口压盖对末级导叶非定常压力回收与总压损失、末级导叶叶片受力及作用在末级导叶上的径向力特性的影响。研究结果表明,数值模拟扬程预测结果与试验结果较吻合;由于动静干涉作用影响,末级导叶内总压损失、静压回收及作用在末级导叶上的径向力呈现周期性波动;当出口有压盖时,总压损失和静压回收波动明显减弱,末级导叶叶片合力矩较小,作用在末级导叶上的径向力和脉动幅值也减小,说明出口压盖可以减弱叶轮对导叶动静干涉的影响,改善作用在末级导叶上的径向力。     

离心泵径向力的数值模拟与实验研究

在泵装置设计中,径向力的大小一直是人们所关心的问题。基于Fluent流体商用软件对一种离心泵的内流场进行数值模拟。比较径向力数值模拟结果与实验值,发现最大误差为8.1%,误差在设计流量工况下最小,测量精度最高,并且各流量工况下平均误差为4.34%,证明数值模拟预测离心泵的径向力是可行的。将离心泵数值模拟与实验的流量扬程曲线进行对比,趋势比较一致,误差不超过8.3%。在此基础上根据提出的径向力计算模型计算出泵在各流量工况下径向力的大小和方向。针对离心泵内部结构特征研制了一种径向力测量装置,开展径向力测量试验,得到了各工况下径向力的大小。     

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。     

双蜗壳离心泵径向力数值分析

利用CFD软件Fluent对某输油泵的不同工况作流场计算.计算采用雷诺时均方程和标准k-ε湍流模型,压力和速度耦合采用SIMPLEC算法.通过对比试验曲线与数值计算外特性曲线,发现两者比较吻合.对单蜗壳和双蜗壳进行了模拟计算,得到了不同工况下叶轮出口与蜗壳耦合面的静压分布,再将径向力计算模型简化,计算出各个工况下叶轮所受的径向力,通过对比不同蜗壳的径向力,可以得出双蜗壳能有效的平衡径向力.     

海水淡化用高压泵轴向力数值模拟计算与试验对比

为提高反渗透海水淡化高压泵轴向力计算的准确性,应用CFD技术对模型泵内部的流动进行数值模拟,得到不同流量下前后泵腔的静压分布.并对模型泵样机进行试验研究,实测出不同流量下前后泵腔在不同半径处的静压值.应用多项式拟合分别绘制出两种方法下的压力分布曲线,对盖板进行面积分,计算轴向力大小.与通过试验数据计算出的结果相比,数值模拟计算出来的轴向力相对误差在9%以内,而经验公式计算的轴向力相对误差为14%,采用数值模拟方法计算轴向力具有更高的精度,对多级离心泵轴向力平衡的研究具有指导意义.     

不同叶片出口角下离心泵压力脉动及径向力分析

在试验结果和数值模拟吻合良好的基础上,开展叶片出口角对离心泵压力脉动以及径向力影响的研究。本文以两级矿用潜水离心泵为研究对象,建立4组不同叶片出口角叶轮模型,通过数值模拟获得离心泵外特性,叶轮、导叶、蜗壳的压力脉动分布及叶轮径向力特性,并进行对比分析。结果表明:离心泵内压力脉动呈周期性,当β2=16°和20°时叶轮出口压力脉动强度较大。随着叶片出口角增大,导叶和蜗壳内压力脉动均逐渐增强,且导叶内压力脉动强度大于蜗壳,不同叶片出口角下,导叶及蜗壳内脉动主频均为叶频。叶片出口角的改变也会对叶轮径向力矢量分布产生一定影响,随着β2增大,叶轮径向力逐渐增大,且首级叶轮轴向力大于次级叶轮,蜗壳比导叶有更好地改善叶轮轴向力的作用。     

吸水室隔板对低比转速离心泵非定常特性影响

为了研究离心泵吸水室内置隔板对低比速离心泵内部非定常特性的影响。采用数值模拟与试验研究相结合的方法,基于标准k-ε湍流模型和滑移网格模型,分别对吸水室有无内置隔板的低比转速离心泵进行三维全流场非定常数值计算,得到了不同工况下低比转速离心泵的外特性,并对叶轮径向力和轴向力的瞬态特性以及蜗壳流道内不同位置的压力脉动特性进行了分析。结果表明,采用吸水室内置隔板对外特性的影响不显著;无论吸水室有无内置隔板,低比转速离心泵蜗壳各断面压力和叶轮径向力均呈周期性波动,脉动频率为叶频。此外,径向力大小和方向时刻都在变化,且整体变化趋势基本呈六角星形分布;与无内置隔板相比,吸水室有内置隔板时蜗壳各断面压力脉动幅值均有所减弱,作用在叶轮上的径向力幅值减小,轴向力明显减小。研究结果可为低比转速离心泵的优化设计和稳定运行提供依据。     

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。     

Numerical simulation and analysis of flow characteristics in the front chamber of a centrifugal pump

We performed numerical simulations to study the flow characteristic in a centrifugal pump based on the RANS equations and the RNG k-ε turbulent model. The flow field, including the front and back pump chambers, the impeller wear-ring, the impeller passage, the volute casing, the inlet section and outlet section was calculated to obtain accurate numerical results of fluid flow in a centrifugal pump. The flow characteristic was studied from the internal flow structure in pump chambers, the radial velocity at impeller outlet as well as the pressure inside of the pump, the circumferential velocity and the radial velocity in front pump chamber. The variation of flow parameters in internal flow versus flow rate in the centrifugal pump was analyzed. The results show that the overall performance of the pump is in good agreement with the experimental data. The simulation results show that the distribution of flow field in the front pump chamber is axial asymmetry. The energy dissipation at the impeller outlet is larger than other areas. The distribution of the circumferential velocity and that of radial velocity are similar along the axial direction in the front pump chamber, but the distribution of flow is different along the circumferential and the radial directions. It was also found that the vorticity is large at the impeller inlet compared with other areas.     

基于OpenFOAM的导叶式离心泵数值模拟研究

针对目前有关OpenFOAM对带导叶这种特殊结构的离心泵的计算研究较少且没有形成系统性研究的现状,为了验证OpenFOAM开源软件在导叶式离心泵数值计算方面的可靠性,分别对0.6Qd～1.4Qd流量工况下的导叶式离心泵进行外特性试验以及稳态和瞬态的数值计算.结果表明:OpenFOAM计算得到的外特性结果贴近试验数据,最...     

Numerical prediction and performance experiment in a deep-well centrifugal pump with different impeller outlet width

The existing research of the deep-well centrifugal pump mainly focuses on reduce the manufacturing cost and improve the pump performance,and how to combine above two aspects together is the most difficult and important topic.In this study,the performances of the deep-well centrifugal pump with four different impeller outlet widths are studied by the numerical,theoretical and experimental methods in this paper.Two stages deep-well centrifugal pump equipped with different impellers are simulated employing the commercial CFD software to solve the Navier-Stokes equations for three-dimensional incompressible steady flow.The sensitivity analyses of the grid size and turbulence model have been performed to improve numerical accuracy.The flow field distributions are acquired and compared under the design operating conditions,including the static pressure,turbulence kinetic energy and velocity.The prototype is manufactured and tested to certify the numerical predicted performance.The numerical results of pump performance are higher than the test results,but their change trends have an acceptable agreement with each other.The performance results indicted that the oversize impeller outlet width leads to poor pump performances and increasing shaft power.Changing the performance of deep-well centrifugal pump by alter impeller outlet width is practicable and convenient,which is worth popularizing in the engineering application.The proposed research enhances the theoretical basis of pump design to improve the performance and reduce the manufacturing cost of deep-well centrifugal pump.     

防涡圈对离心风机性能影响的探讨

针对某离心通风机模型,研究了防涡圈对风机性能的影响。数值模拟和试验结果都说明了加装防涡圈后全压升和效率有所下降,这与以往的认知不完全一致。设计工况下,未加装防涡圈的通风机全压升比加装长防涡圈的风机高出约4%,效率高出约3%,内泄漏情况也会随防涡圈长度的增加变得严重;从内部流场可以看出,加装防涡圈减小了蜗壳内部的扩压空间,叶轮出口大尺度漩涡更加剧烈,影响了叶轮出口气流方向,并在叶轮出口产生回流现象,降低了通风机的全压和效率。因此认为对于不同压力系数和流量系数的风机,防涡圈对风机性能的影响规律是不一样的。     

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。     

流体激振力对高速泵转子振动特性的影响研究

对高速泵三维流场进行了非定常计算,分析了高速泵内的压力分布情况。研究了高速泵叶轮上的稳态径向力和脉动径向力,分析了流体激振力对高速泵叶轮系统的振动及其轴心轨迹的影响。计算结果表明:泵内部流场的压力分布合理,稳态作用力的计算符合实际数据;瞬态作用力与叶轮和隔舌的干涉流动有很大关系;在脉动激振力作用下,泵转子振动响应谱图中出现了脉动激振力的频率及其谐波频率。     

离心压缩机动静干涉信号特征识别方法

离心式压缩机由于内部静、动叶片排的相对运动,气流在压缩机内部流动时会产生动静干涉,从而会产生不定常气流激振力和高振幅压力脉动。这种非定常动静干涉对压缩机的稳定正常运行和实际工作效率有着重要的影响。为了有效研究动静干涉的信号特征,首先,对某模型级压缩机试验台离心叶轮进行运行模态仿真计算从而得到叶轮干涉图;其次,确定进口导叶(inlet guide vanes,简称IGV)和出口扩压器(outlet guide vanes,简称OGV)对叶轮存在干涉的转速;最后,在确定的试验转速工况下进行应变测试和压力脉动测试。通过分析对比,验证了仿真转速工况下干涉特征频率的存在,也证实了应变信号更适用于识别干涉信号特征。通过总结干涉较严重的转速工况干涉特征频率与叶轮固有频率的关系,为离心压缩机进一步改进设计奠定了基础。     

非设计工况下带分流叶片半开式离心叶轮内部流动特性数值研究（英文）

In order to investigate the complex flow characteristics inside an unshrouded centrifugal impeller with splitter blades at off-design conditions, and analyze its influence on pump operation stability, a numerical simulation study was carried on using the curvature-corrected SST-CC turbulence model; the head and efficiency accorded with experimental results. The pressure fluctuation, unsteady radial force and velocity were analyzed quantitatively and the numerical results indicate this: the peak to peak value of pressure fluctuation in the impeller channel gradually increases in the flow direction and at 0.49 Qn, the slope of peak to peak value to normalized impeller channel behind the splitter blade is 8.57 times greater than that before the splitter blade. The greater the flow rate deviates from the design condition, the larger the peak to peak value of the pressure fluctuation and radial force; in particular at 0.27 Qn, the maximum radial force is 194.29% greater than that of the design condition. When the operating flow rate is smaller than0.83 Qn, the stall occurs and the stall vortex could block the impeller discharge; as the flow rate decreases further, the pressure amplitude at rotational frequency gradually increases in the impeller channel and the prevailing frequency changes from the blade passage frequency(BPF) to the rotating stall frequency in the diffuser. The tip leakage vortex(TLV) is generated in the tip region and rotated move downstream in the impeller flow channel, and the backflows appear on the blade suction side and in the tip and the tongue regions; the smaller the flow rate, the more serious the TLV and backflow phenomenon. The rotating stall causes uneven flow in the impeller channel, increasing the pressure fluctuation and the radial force, and resulting in an imbalance of the impeller rotation.     

径向间隙对离心压气机性能影响的数值研究

通过自主开发的CFD求解器NUAA Turbo,对带有楔形扩压器的离心压气机进行定常和非定常数值研究,通过改变叶轮和扩压器间的径向间隙,研究其对离心压气机性能的影响.研究发现:较小的径向间隙能够抑制扩压器压力面的分离,高载荷压力面的卸载提升了扩压器叶片通道的扩压能力.