基于轴流泵间隙流动的新水力设计方法

轴流泵叶轮轮毂与轮缘处间隙流动及边界层对轴流泵性能的影响很大,应用Numeca及Flu-ent等软件对轴流泵叶轮轮缘间隙中的流动进行数值模拟,根据流动模拟结果对叶轮叶片型线及轮毂、轮缘处的叶型设计进行修正,使其速度-压力分布比较理想,并提出了基于间隙流动的轴流泵水力设计方法,这种新的水力设计方法有利于改进轮缘和轮毂处边界层以及轮缘间隙中的流动,达到提高轴流泵效率的目的。     

一种改进升力法的研究

针对我国轴流泵效率普遍偏低的情况,著者试图提出一种改进的轴流泵升力设计法。考虑到轴流泵叶轮外缘、轮毂处的边界层及间隙流的影响,在传统的升力法模型中引入修正系数A（R,6）,对传统的升力法公式加以改进,得到了改进升力法模型。本文同时应用传统升力法和改进升力法对一轴流泵进行了叶轮叶片的设计,并利用NUMECA软件进行流动模拟,分别得到叶轮叶片表面及轮毂、轮缘处的速度一压力分布以及各工况的效率计算结果,证明了改进升力法较传统升力法优越,改进效果明显,有效地提高了轴流泵的效率,改善了泵内部流动的速一压分布。为轴流泵的设计提供了一种崭新的模式。     

基于流固耦合的轴流泵流动与可靠性分析

某泵站中的轴流泵是整个调水工作正常进行的关键设备。针对轴流泵运行的高效性和安全性问题展开分析，通过数值模拟的方法研究设计工况下轴流泵内部的流动状况、预测水力性能。在流场计算结果的基础上，对轴流泵包括叶轮、转轴的转子进行建模，运用ANSYS Workbench软件对叶轮内流场与转子进行了流固耦合数值模拟，分析叶轮部件的受力与变形情况，校核工作轴的临界转速，为轴流泵的安全运行提供依据。     

串列式双级轴流泵性能的数值模拟

为了揭示串列泵的内部流动机理及其能量特性,采用两个具有试验结果的轴流式叶轮和一新设计的导叶串联组成了一串列式轴流泵模型。应用Pro-E对该串列泵进行三维实体造型,用数值模拟的方法计算泵内的流场。数值计算采用NUMECA商业软件。在不同的工况条件下获得前后叶轮内部的速度矢量分布。基于流场计算结果,预测包括扬程、效率和轴功率在内的串列泵性能。将数值计算的结果与原叶轮的试验结果进行对比并与首级叶轮比较,串列轴流泵次级叶轮压力面和吸力面的速度具有较大的差值。与一般的轴流泵比较,串列式轴流泵具有比较宽的高效区,最优工况点向大流量区域偏移,其轴功率不再像普通轴流泵那样随流量的增加而减小。为了分析前后叶轮的相互作用,预测不同的后叶轮叶片偏转角条件下的串列泵性能,结果表明后叶轮的叶片偏转角对串列泵性能有重大的影响。     

基于流固耦合的轴流泵叶轮结构分析

为了准确计算轴流泵叶轮的应力分布状况,采用了FLUENT软件与ANSYS软件协同仿真的方法。基于FLU-ENT,N-S控制方程与标准k-ε湍流模型对轴流泵全流道进行了三维流动计算,通过Workbench流固耦合技术传输数据,应用ANSYS对轴流泵叶轮进行了结构计算。通过数值分析,确定了叶片应力集中区域,得出了叶片应力从叶顶到叶根逐渐增大的分布规律。计算结果为轴流泵叶轮的优化设计提供了有利的依据。     

基于性能预测的轴流泵设计研究

针对我国轴流泵效率普遍偏低的情况,结合轴流泵叶轮轮缘、轮毂处的边界层及间隙流的影响,在传统的升力法模型中引入修正系数,对传统的升力法公式进行改进,得到改进的升力法,应用两种模型完成叶轮叶片的设计,并利用NUMECA软件进行数值模拟,得到采用改进的升力法设计的叶轮叶片表面及轮毂、轮缘处的速度及压力分布均较传统升力法设计的好,设计工况点的效率比采用传统升力法设计的叶轮高2.5%.     

移动泵站轴流泵的CFD数值模拟分析

为了研究轴流泵的水力特性,了解不同工况下轴流泵的工作状态并了解其流道内流场特性,基于福建侨龙公司多功能移动泵站轴流泵三维数模,采用fluent软件,选用k-ε湍流模型对模型泵进行数值模拟。通过数值模拟预测了轴流泵的水力特性,并与试验结果进行对比分析,验证了模型准确性。在此基础上,分析了两种不同工况下轴流泵叶轮叶片和导叶表面的压力及速度分布情况,揭示了叶片和导叶的流态以及表面压力在流场中的分布规律。数值模拟结果对深入了解轴流泵内部流动规律和指导水力机械设计有一定的参考价值。     

叶片角度对采用肘形流道的轴流泵装置特性的影响

基于RNG k-ε湍流模型和雷诺时均N-S方程,运用CFD技术对采用肘形流道的某泵站轴流泵装置分别在叶片角度为-2°,0°和+2°时进行三维流动数值模拟,以探究不同叶片角度下肘形流道的流动特性,以及肘形流道与叶片角度对轴流泵装置性能的影响,并对肘形流道内进行了非定常计算。通过计算得到叶片角度对肘形流道内水流流动状态会产生影响,叶片角度的不同导致肘形流道内的流态也会不同,不同叶片角度下叶轮进口的流速均匀度也会产生差异。在不同叶片角度下,轴流泵装置的肘形进水流道内压力脉动同样会产生很大的差异,压力脉动的差异会对机组的振动产生影响,通过对比叶片角度对采用肘形流道的轴流泵装置特性的影响,可以为工程中轴流泵装置叶片角度的调节提供一定的参考。     

“S”翼型叶片双向轴流泵设计

为提高轴流泵叶轮反转反向性能，研究了几种“S”翼型，并采用简化三元流动模型和升力法进行双向轴流泵叶轮设计，对比模型试验表明，“S”翼型叶片双向轴泵与常规轴流泵的正向性能相比，最高效率点效率低2％－4％，汽蚀性能相当，研究显示正反向性能相近的双向轴流泵非常适用于低扬程双向泵站。     

轴流泵叶轮内部流场大涡模拟及分析

本文将大涡模拟与基于特征线的有限元分离算法相结合,对轴流泵叶轮内部流场进行了数值分析.为验证算法的准确性和可靠性,对NACA0012翼型在雷诺数Re=800下且攻角为20°时的绕流流动进行计算,成功得到了该流动的双解,计算值与直接数值模拟结果相符.大涡模拟计算得到的轴流泵外特性曲线与y试验数据基本吻合,特别在偏离工况下能较好地反映泵的能量特性,表明大涡模拟有较好的工程应用前景.分析了叶轮的进出口流场速度分布及叶片表面的压力脉动,发现小流量工况时叶轮轮缘附近存在叶道涡和较强的压力脉动,此现象与导水锥段收缩流道造成的叶轮进口轴向速度非均匀分布有关.     

轴流式水泵非定常湍流数值模拟的若干关键问题

为准确捕捉轴流式水泵不稳定流场特征,采用雷诺时均法和大涡模拟方法对轴流泵非定常湍流进行数值模拟,并就相关问题进行深入研究。研究发现,与其他湍流分析方法相比较,大涡模拟方法在轴流泵非定常流场分析中具有更高的计算精度;同时将轴流泵进水流道与泵段一起进行流场计算后,发现叶轮进口的流动是极不均匀的,靠近弯肘形流道内侧的速度明显大于其他部位,这一现象与通常假定的轴流泵进口流动是均匀的设计与分析理论有很大区别。研究还发现,为了获得轴流泵流场内不同压力脉动频率成份,脉动计算的采用样时间应不少于8个旋转周期;轴流泵内部的水压力脉动幅值在叶轮附近区域沿半径逐渐增大,而在导叶出口之后沿半径逐渐减小。     

基于FLUENT的叶轮机械三维紊流流场数值模拟

根据k—ε两方程模型构造了轴流泵三维流动的数学模型,并考虑了近壁面流动的处理方法。利用fluent软件数值模拟了叶轮机械内的三维流动,计算了静子和转子上的速度矢量和压力值。通过数值模拟结果来看,数值模拟方法能真实反映叶轮内部的复杂流动,为叶轮机械的设计和改进提供了理论依据。     

轴流泵内部流动的数值模拟研究

应用三维湍流Navier-Stokes方程、Realzable两方程湍流模型、壁面函数方法及叶轮与导叶间的滑移网格,对轴流泵段的内部流动进行了数值模拟研究,得到不同流量和不同半径处的叶片表面的压力分布特征,发现叶片背面的压力等值线的形状和分布趋势比较稳定,叶片升力面的压力等值线形状和分布趋势变化较大.     

双向轴流泵叶轮结构及外特性分析

列出了三种提高双向轴流泵扬程的结构，并通过数值模拟软件FLUENT对叶轮的内部流动进行了模拟，得出了叶轮的一些外部特性。同时对三种结构的外特性进行了分析比较。     

对旋轴流叶轮不同转速比的设计及CFD分析

在相同的设计流量和设计扬程条件下，设计了3种不同转速比的对旋轴流叶轮，得到了叶片不同的特征参数。结果表明：对旋式轴流泵前置叶轮与后置叶轮的转速比采用稍小于l的设计是较为合理的，并且可以获得较宽的运行高效区。以此叶片设计结果为数值模拟的对象，对前后叶轮采用7种不同的转速比进行数值模拟，得到各自全流道下紊流流场的压力、速度等值线及分布云图，预测一定转速比下的叶轮外特性性状，为实际运行和选型应用提供了依据。     

基于Solidworks轴流泵叶轮叶片的三维建模方法

轴流泵叶轮叶片是一种特殊的曲面零件,这种零件的几何造型是三维建模中的重点和难点。基于Solidworks的三维建模功能,研究了轴流泵叶轮叶片的三维建模方法,并以具体实例实现了轴流泵叶轮叶片的三维模型。     

后掠式轴流泵内部流场的二维PIV试验研究

以一后掠角为60°的后掠式轴流泵为研究对象,采用PIV技术对其内部流场进行测量,得到了0.8Qopt,1.0Qopt,1.2Qopt3个工况下叶轮在一个流道周期的12个拍摄截面上的速度场。发现在0.8Qopt工况下,经过后掠叶片的流体具有明显的径向流动趋势,流量越小径向流动趋势越明显。叶轮内流体在后掠叶片进口边和转轮端壁区容易出现低速区域,并且流量越小低速区域越大;在靠近轮缘附近,叶片进口边压力面上的流体会向吸力面流动,流量越小该现象越明显。研究结果对掌握不同型式叶片的轴流泵内部流动特性具有重要的理论指导作用。     

低比转速叶轮内部流动的数值计算

为了解复合叶轮内部流动特性,采用雷诺时均Navier-Stokes方程和Spalart-Allmaras湍流模型对4长叶片的普通叶轮和4长4中8短16叶片的复合叶轮内部流动进行了数值模拟,得到了设计工况下两种叶轮内部流场分布,分析了中、短分流叶片对叶轮内部流场的影响。计算结果表明:采用长、中、短叶片设计的复合叶轮可以改善流道内流场分布,提高长叶片吸力面压力,有效地阻止液流的脱流,复合叶轮可以获得更高的静压差,有效地提高了离心泵的扬程。     

轴流泵叶轮汽蚀两相流的数值模拟与分析

为了分析某型号轴流泵叶轮汽蚀状态下汽液两相流特征,本文基于均相流模型、RNG k-ε湍流模型与SIM-PLEC算法,分别从外特性和内部流场两方面分析了轴流泵叶轮的空化过程,通过定量分析不同NPSH下轴流泵的扬程下降和空泡分布的对应关系,讨论了不同空化状态下叶轮内部速度场和压力场的分布,寻找出轴流泵空化发生破坏的位置和发展趋势。数值模拟结果表明,空化初生时空泡产生于叶片背面进口轮缘处,随着轴流泵进口压力的不断降低,叶片背面外缘处空泡逐渐向轮毂侧发展,且外缘侧空泡不断向前推进,在装置汽蚀余量NPSH为6.62m时,空泡基本覆盖叶片的背面,此时叶片丧失了部分做功能力,且扬程下降明显。计算模型泵进行了现场运行试验,试验结果表明,数值模拟的空泡分布与实际破坏位置一致,验证了数值计算的准确性,也为解决轴流泵汽蚀破坏问题提供了内流流场参考。     

蒸发工艺用循环泵的水力及结构设计研究

根据四川久大集团制盐系统工程的需要,对所需XHZ800型循环轴流泵的性能参数和要求进行了详细分析与研究,完成了对该循环轴流泵的水力设计和结构设计,绘出了叶轮的水力设计图、木模图、总装结构图和安装布置图,编写了泵故障原因分析及处理措施表。在叶轮叶片的设计中,对传统的升力法做了改进,得到了一种改进升力法模型,这种设计模型能有效地改善泵内部流动的速度-压力分布,提高轴流泵的效率。同时还对该泵的密封结构及运行措施做了深入的分析。这些技术方案和措施已经全部应用于实际系统中,设备运转十分良好。